WO2021089232A1 - Verfahren zum herstellen einer zwischenkomponente in einer mikromechanischen fabry-perot-interferometervorrichtung, verfahren zum herstellen einer mikromechanischen fabry-perot-interferometervorrichtung und mikromechanische fabry-perot-interferometervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer zwischenkomponente in einer mikromechanischen fabry-perot-interferometervorrichtung, verfahren zum herstellen einer mikromechanischen fabry-perot-interferometervorrichtung und mikromechanische fabry-perot-interferometervorrichtung Download PDF

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sacrificial layer
layer
trenches
sacrificial
area
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PCT/EP2020/076750
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Jochen Reinmuth
Reinhold Roedel
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Robert Bosch Gmbh
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    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/007—For controlling stiffness, e.g. ribs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
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    • B81B2201/047—Optical MEMS not provided for in B81B2201/042 - B81B2201/045
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    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0132—Dry etching, i.e. plasma etching, barrel etching, reactive ion etching [RIE], sputter etching or ion milling

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an intermediate component in a micromechanical Fabry-Perot interferometer device, a method for producing a micromechanical Fabry-Perot interferometer device and a micromechanical Fabry-Perot interferometer device.
  • Fabry-Perot interferometers for example Fabry-Perot interferometers (FPI) can be produced using MEMS (microelectromechanical) technology.
  • MEMS microelectromechanical
  • a cavity can be formed from two plane-parallel and highly reflective mirrors, which can be positioned at a specific and variable distance (cavity length).
  • cavity length For optical wavelengths, such an arrangement can only show strong transmission for those wavelengths in which the cavity length corresponds to an integral multiple of half the wavelength.
  • the distance can be changed, for example, by means of electrostatic or piezoelectric actuation, which can result in a tunable filter element.
  • the parallelism of the two mirrors is to be assessed as a critical influencing factor for the functioning of such a filter element, which should be as high as possible in order to be able to create a defined cavity with the greatest possible finesse between the two mirrors.
  • a critical influencing factor for the functioning of such a filter element which should be as high as possible in order to be able to create a defined cavity with the greatest possible finesse between the two mirrors.
  • the two mirrors of the FPI are highly reflective over the entire wavelength range to be measured.
  • the mirrors in a miniaturized FPI are mostly dielectric layer systems (Bragg reflectors, English, distributed Bragg reflectors, DBR), which can consist alternately of layers of high and low refractive index materials.
  • An optical thickness of these layers can ideally be a quarter of the central wavelength of the area to be addressed.
  • a high contrast of the refractive indices of the high and low refractive index materials may be required. This can be achieved, for example, with gases or a vacuum as the low refractive index material (air mirror), whereby the refractive index of the low refractive index material can be as close as possible to one.
  • support structures can be used, by means of which, on the one hand, the distance between the high-index layers can be kept constant and, on the other hand, the mirror layer, i.e. the two high-index layers now connected to one another, is stiffened.
  • Parts of the upper high-index layer can themselves be represented as support structures, which can be drawn down to the lower layer, but this can result in deformations and an electrical connection between the layers.
  • the production can mostly take place with sacrificial layer processes, which can then be selectively removed, for example by etching accesses, which are usually arranged in a polygonal pattern. In order to achieve a desired shape of the exposed area, for example, high densities of the etching accesses may be necessary.
  • Si02 is used for sacrificial layers in MEMS-FPI, as it can be removed very selectively. Depending on the wavelength and design, very thick SiO2 layers are required in an FPI.
  • the present invention provides a method for producing an intermediate component in a micromechanical Fabry-Perot interferometer device according to claim 1, a method for producing a micromechanical Fabry-Perot interferometer device according to claim 8 and a micromechanical Fabry-Perot interferometer device according to claim 14.
  • the idea on which the present invention is based is to provide a method for producing an intermediate component in a micromechanical Fabry-Perot interferometer device, a method for producing a micromechanical Fabry-Perot interferometer device and a micromechanical Fabry-Perot interferometer device in which sacrificial layers have a may have great thickness and / or low layer stress. Thicker sacrificial layers may be necessary, for example, in Fabry-Perot interferometer devices that are intended to operate at larger wavelengths and / or higher orders.
  • a low layer stress may be necessary in order to produce thick sacrificial layers or sacrificial layer stacks with a low number of defects, for example without cracks, and / or less resulting wafer bending.
  • An improved and defined clamping of the mirror systems can be achieved, which can lead to an increase in the mechanical symmetry of the system and thus to a reduction in asymmetrical mirror deformations from an asymmetrical clamping.
  • the robustness of the layers (mirrors) can be increased by the clamping, since the occurrence of corners and the resulting mechanical stress peaks can be reduced.
  • the process robustness can be improved, since the width of the undercut in the sacrificial layer process can be subject to smaller fluctuations.
  • the distance between etch accesses can be increased, since etch stop areas can be defined, which can lead to an increase in an optical area and a decrease in signal noise.
  • a support structure for mirror layers can be realized with the present invention.
  • a first sacrificial layer is applied to a substrate; applying a second sacrificial layer, at least in some areas, to the first sacrificial layer; structuring the second sacrificial layer in at least two partial areas and thereby introducing trenches into the second sacrificial layer, which trenches extend as far as the first sacrificial layer; applying a third sacrificial layer, at least in regions, to the subregions of the second sacrificial layer and in the trenches; generating at least one through hole in the third sacrificial layer and over at least one of the subregions of the second sacrificial layer, the through hole extending through the third sacrificial layer to the second sacrificial layer; removing the at least one of the partial areas of the second sacrificial layer through the through hole associated with the respective partial area by etching;
  • the substrate can comprise a semiconductor substrate. It can also be possible that the substrate can comprise a structured electrode layer, for example made of polysilicon, as well as further layers and / or a wafer.
  • the intermediate component itself can be a sequence of layers with an area exposed at least in some areas, for example a sequence of mirror layers, for example high-index layers and in some areas an air or gas layer, or a vacuum in between.
  • the through hole can advantageously be positioned over that partial area which is to be at least partially removed, and can extend up to this through the overlying layers.
  • the partial areas to be removed can be surrounded by the material of that sacrificial layer which is located on the partial areas.
  • the material of this surrounding and overlying sacrificial layer can be different from the material of the partial area and can preferably have a higher etching resistance or etching rate, the material of this surrounding and overlying sacrificial layer can serve as an etch stop. That's the way it is It is possible that the area to be etched can be defined by this etch stop and not by the parameters of the density of the through holes, the etching rate and the etching time. If the area to be etched is determined by the density of the through holes, the etching rate and the etching time, one always tries to select a high density of the through holes in order to map the area to be etched as precisely as possible with short etching times and low etching rates. If the area to be etched is defined by a geometric etch stop, the number and density of the etched holes can advantageously be reduced compared to conventional methods.
  • an etching second can preferably be smaller than 1 ⁇ m.
  • the method can advantageously achieve that the thickness of the sacrificial layer (or of the sacrificial layer stack) can be increased without increasing the risk of high wafer bending, flaking, and tearing of layers. This can result from a reduction in the thickness of SiO2 layers.
  • the number of etching holes can be reduced.
  • the undercut in the clamping area can be reduced. Irregular clamping with a break in symmetry and edges can be avoided or improved.
  • a cover element is arranged at least in regions on the third sacrificial layer and over at least one of the subregions and the through hole is also produced in the cover element.
  • the cover element can be a high-index layer and / or a mirror layer of a Fabry-Perot interferometer.
  • the second sacrificial layer comprises a different material than the first sacrificial layer and / or the third sacrificial layer comprises a different material than the second sacrificial layer. Due to the different materials, different etch resistances can be achieved within the intermediate component and some sacrificial layers have already been partially or completely removed and others are still present completely or to a higher degree. For example, the material of the first and third sacrificial layer can serve as an etch stop for removing the second sacrificial layer.
  • the first and the third sacrificial layer comprise silicon oxide and the second sacrificial layer comprises silicon and / or germanium.
  • a first layer thickness of the first sacrificial layer and / or a third layer thickness of the third sacrificial layer is smaller than a second layer thickness of the second sacrificial layer and / or the trenches are at least partially narrower than twice the third layer thickness.
  • the appropriate and application-oriented selection of the layer thicknesses or widths of the trenches can influence the extent to which the lateral etching progression, for example underetching of the layers, can expand during a defined etching time.
  • the at least one of the subregions of the second sacrificial layer is removed by an essentially isotropic etching process, a fluorine-containing etching material being used
  • the at least one of the partial areas of the second sacrificial layer is removed by an essentially isotropic etching process, using CIF3 or XeF2 as the etching material at a temperature between -20 ° C and 60 ° C.
  • the second sacrificial layer is structured in such a way that at least a partial area is surrounded by intermediate trenches, the third sacrificial layer being the Fills up intermediate trenches and separates the sub-area between the intermediate trenches from the rest of the second sacrificial layer, and the sub-area between the intermediate trenches at least partially remaining when the second sacrificial layer is removed.
  • a substrate is provided; a molding of at least a first intermediate component and a second intermediate component on top of one another with a method according to the invention for producing an intermediate component, wherein a cover element is applied to each of the intermediate components and wherein the through-hole in each intermediate component takes place separately or after the second intermediate component has been arranged in each of the intermediate components and wherein the partial areas and respective sacrificial layers are removed separately for each intermediate component or after at least two intermediate components have been completed on top of one another.
  • the intermediate components can define layered portions or spaces therebetween and can be shaped in a variety of ways as required.
  • the etching accesses as through holes can each be made in the respective intermediate component or after several intermediate components have been formed and through several, up to the subregions to be removed, and the removal can take place accordingly for at least one intermediate component individually or for several at the same time.
  • At least one of the cover elements is structured in at least two partial areas in order to define the through hole between the two partial areas.
  • the through hole can thus advantageously form the etching access for the respective lower sacrificial layers and their subregions to be removed.
  • the at least two partial areas of at least one of the intermediate components and / or the cover elements correspond to an optical area of the Fabry-Perot interferometer device and / or an electrical contact area and / or an actuation electrode area.
  • the later functional areas in particular the contact area and the actuation electrode area and the optical area, can be selected and their position defined during the lateral structuring of the sacrificial layers.
  • first and second intermediate components are formed as a first mirror element with a mirror layer sequence and spaced and variable in distance therefrom as a third and a fourth intermediate component a second mirror element can be formed with a mirror layer sequence.
  • a further intermediate component and / or a single or multiple sacrificial layer (s) can be created between the second and third intermediate components in order to create a distance from the first and second mirror elements.
  • a cover layer is formed on the cover element on at least one of the intermediate components and at least one opening is made in the cover layer in the area of the through hole for removing the partial area and / or sacrificial layers.
  • etching accesses can be formed in a targeted manner in those regions and driven into the sacrificial layers underneath, in which a removal process is to be carried out for the sacrificial layers.
  • Other areas where the sacrificial layers should not be removed, can remain in the cover layer without an opening and be protected from an etching process.
  • the second sacrificial layer of the second intermediate component is structured in such a way that at least a partial area is surrounded by intermediate trenches, the third sacrificial layer filling the intermediate trenches and the partial area between the intermediate trenches from the rest of the second sacrificial layer separated, and wherein when the second sacrificial layer of the second intermediate component is removed, the partial area between the intermediate trenches remains at least partially.
  • a support structure between the first and third sacrificial layers of the second intermediate component can be produced by the at least partially remaining sub-area, for example if these still remain in areas at least above and below the remaining sub-area after removal. If the second intermediate component is arranged on a first cover element and a second cover element is produced on the second intermediate component, the remaining partial area can form a support structure between the first cover element and the second cover element and keep them at a constant distance.
  • Such a support structure can be implemented in each intermediate component and several such support structures can also be produced within the same intermediate component.
  • the micromechanical Fabry-Perot interferometer device comprises a first mirror element with a mirror layer sequence and a second mirror element with a mirror layer sequence, the first mirror element and the second mirror element being arranged at a distance from one another, the distance being variable and the first and / or the second mirror element are formed by a method according to the invention.
  • the Fabry-Perot interferometer device and the method for producing a micromechanical Fabry-Perot interferometer device can furthermore be distinguished by the features and advantages of the method for producing an intermediate component, and vice versa. Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 1a-h shows a schematic sectional view of an intermediate component during its production according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2a-1 a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to an exemplary embodiment of the present invention
  • 3a-b show a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4a-b show a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • 5a-c show a schematic sectional view of an intermediate component during its production according to a further one Embodiment of the present invention.
  • FIG. 1a-h show a schematic sectional view of an intermediate component during its production according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method for producing an intermediate component can be used to produce sacrificial layers in a MEMS component, for example in an FPI.
  • the intermediate component can also be used in other devices.
  • a first sacrificial layer O1 is applied S1b to a substrate Sub.
  • the substrate Sub can be provided in a previous step Sla.
  • the substrate Sub can comprise a semiconductor wafer or also further layers, also structured layers depending on the application.
  • the first sacrificial layer O1 can comprise silicon oxide, for example.
  • the method offers the possibility of considerably reducing the required silicon oxide thickness as well as layer stress in the sacrificial layers, which could make processing more difficult due to wafer bending, flaking and tearing of layers.
  • FIG. 1b shows a further method step, a second sacrificial layer 02 being applied to the first sacrificial layer 01 at least in regions.
  • the second sacrificial layer 02 can comprise silicon, silicon germanium or germanium, for example.
  • the second sacrificial layer 02 is structured S3 in at least two subregions 02-1 and 02-2, or also 02-3, as shown in FIG Bring in from trenches Gl into the second sacrificial layer 02, which extend to the first sacrificial layer O1.
  • a third sacrificial layer 03 is applied S4, at least in regions, to the subregions 02-1, 02-2, 02-3 of the second sacrificial layer 02 and into the trenches Eq.
  • the third sacrificial layer 03 can in turn comprise silicon oxide, roughly the same as the first sacrificial layer 01.
  • a cover element DE (DE1) is arranged at least in regions on the third sacrificial layer 03 and over at least one of the subregions (02-1, 02-2, 02-3).
  • the cover element can comprise several layers, for example a mirror or a high-index layer sequence.
  • the cover element DE1 can be one of the mirrors of the FPI or one or more partial layers thereof.
  • At least one through hole D is produced S5 in the third sacrificial layer 03 and the cover element DE and over at least one of the subregions (02-1, 02-2, 02-3) of the second sacrificial layer 02, the through hole D extending through the third sacrificial layer 03 to the second sacrificial layer 02.
  • the through hole D advantageously represents an etching access for the layers below the cover element. If the cover element DE can be etched with the same medium as the second sacrificial layer, the through hole can also be made only through the third sacrificial layer 03 and filled by the cover element DE and are covered (as shown for example in FIG. 2e).
  • the at least one of the partial areas (02-1, 02-2, 02-3) of the second sacrificial layer 02 is removed S6 through the through hole D associated with the respective partial area by etching.
  • the sacrificial layers 01 and 03 surrounding the respective sub-area 02-1 can serve as an etch stop, so that a defined etched edge can arise at the edge of sub-area 02-1.
  • the first sacrificial layer O1 and third sacrificial layer 03 are removed at least in regions S7 at the respective partial region 02-1 through the associated through hole D.
  • a corresponding etching process is applied to the first and third sacrificial layers, which can differ from that of the second sacrificial layer 02.
  • those areas of the first and third sacrificial layer can be removed which adjoin the removed partial area of the second sacrificial layer 02-1.
  • the first layer thickness d1 of the first sacrificial layer O1 and / or a third layer thickness d3 of the third sacrificial layer 03 can advantageously be smaller than a second layer thickness d2 of the second sacrificial layer 02, as shown schematically in FIGS. In this way, the defined etched edges can largely be retained.
  • the method allows a multilayered sacrificial layer stack to be completely removed in one or more areas between the substrate Sub and the cover element DE.
  • the method enables mostly very flat surfaces in the layers, and thereby simplifies the process management.
  • FIG. 2a-1 show a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a substrate Sub is provided, as shown in FIG. 2a.
  • the substrate can be a structured electrode layer, which can comprise polysilicon, for example.
  • the substrate can have first trenches G which structure the substrate in partial areas, for example the contact K of the FPI can already be separated as a structured partial area.
  • This electrode layer can form the substrate Sub together with further layers and a wafer (not shown).
  • a first sacrificial layer O1 is applied to a substrate Sub, which can comprise silicon oxide (SiO2).
  • This first sacrificial layer can already be structured, for example over the contact area K and also over further areas, for example over an optical area of the FPI.
  • the first trenches G can be filled by the first sacrificial layer O1.
  • a second sacrificial layer 02 for example made of polysilicon, can be applied to the first sacrificial layer O1 at least in some areas.
  • the sacrificial layer 02 can, if necessary, be planarized by suitable methods, for example polishing.
  • the second sacrificial layer 02 can be structured in partial areas (02-1, 02-2,..., 02-n) and trenches Gl can be introduced into the second sacrificial layer 02, which extend to the first sacrificial layer 01.
  • the second sacrificial layer 02 can touch the substrate Sub in the areas K and OB.
  • the trenches Gl can advantageously be narrow, that is to say smaller than this, compared to the layer thickness of the second sacrificial layer 02.
  • the width of the trenches Gl can preferably be less than 1 ⁇ m. In the case of conformal deposition of O 3 with a layer thickness of at least half the trench width, the trench is closed and the topography is thus reduced.
  • a third sacrificial layer 03 can be applied and introduced at least in regions onto the subregions of the second sacrificial layer 02-1, 02-2,..., 02-n and into the trenches G. become.
  • the third sacrificial layer 03 can comprise silicon oxide, for example.
  • partial areas of the third sacrificial layer 03 can be removed.
  • holes G2 can be formed in the optical area OB and in a second contact area (EB), for example with a regular hole pattern.
  • the holes G2 and the through holes D can then be in the same position.
  • a first cover element DE1 can be applied at least in regions to the third sacrificial layer 03, which can comprise polysilicon, which is a can represent high-index layer of the lower mirror of the FPI.
  • the first cover element DE1 can cover a first intermediate component ZI.
  • the electrode layer of the substrate can also comprise polysilicon, it can also serve as a partial sacrificial layer with the second sacrificial layer 02, which can lead to a further reduction in the topography.
  • the first intermediate component ZI can define an actuation gap, that is to say a distance between the electrode layer and the lower mirror of the FPI.
  • the structuring of the third sacrificial layer 03 can continue in the first cover element DE1, since third trenches G3 can be arranged in this over the holes G2.
  • a second intermediate component Z2 can now be formed on the first ZI.
  • a fourth sacrificial layer 04 which can comprise silicon oxide, can be applied to the first cover element DE1, which can act analogously to the first sacrificial layer 01.
  • This can be structured essentially similar to the third sacrificial layer 03, with fourth trenches G4 being able to be introduced.
  • the recess of the contact K can also continue up to this point as a partial area through the layers.
  • a fifth sacrificial layer 05 can be arranged on the fourth sacrificial layer 04 and in its trenches G4 and other recesses (K).
  • This can comprise polysilicon and act analogously to the second sacrificial layer 02.
  • Structuring can take place, with fifth trenches G5 being able to be introduced and corresponding subregions, for example contact K as well as optical region (OB) and electrode region (EB) being able to define.
  • the latter two areas (EB and OB) can also be subdivided into smaller sub-areas, which can be in contact with the adjacent polysilicon layers above and below via the surrounding silicon oxide layers.
  • a sixth sacrificial layer 06 can be applied to the fifth sacrificial layer 05 and its fifth trenches G5, which can comprise silicon oxide and can act analogously to the third sacrificial layer 03.
  • This can be structured similar to the fourth sacrificial layer 04, for example with sixth trenches G6.
  • the fourth to sixth sacrificial layers can form the second intermediate component Z2, which can represent a low-refractive-index layer of a lower FPI mirror.
  • a second cover element DE2 can be applied to the sixth sacrificial layer 06, as well as in the sixth trenches G6.
  • the structuring of the sixth sacrificial layer 06 can in turn continue into the second cover element DE2 in the form of seventh trenches G7.
  • the second cover element DE2 can represent a second high-index layer of the lower FPI mirror element and comprise, for example, polysilicon and be structured similarly to the first cover element DE1.
  • an optical cavity and an upper mirror can be created for the FPI.
  • a cover layer L can be formed on the second cover element DE2 and at least one opening A can be formed in the cover layer L, at which a through hole D for removing the partial area and / or sacrificial layers can be introduced.
  • the structuring of this layer can advantageously be used to decide which areas are to be removed later.
  • the cover layer L cannot be opened in the area K, since the layer sequence made of polysilicon can serve here as a contact to the electrode layer and should not be removed. Instead, openings are made in the area OB and EB, which can provide access to the polysilicon areas to be removed.
  • the areas to be removed can be removed using a suitable sacrificial layer etching process, for example based on CIF3 (chlorine trifluoride) or XeF2 (xenon difluoride) the second (for example with the connected area in the electrode area EB) and the fifth sacrificial layer 02 and 05 are removed.
  • these layers can be connected to one another via the corresponding partial areas in the cover elements DE1 and DE2 as well as to the etching access in the cover layer L, so that all the areas to be removed can be etched in one step.
  • the SiO2 surrounding the corresponding sub-areas can serve as an etch stop, so that clear, reproducible and neatly defined etched edges can be created, which can also clearly and arbitrarily define the clamping area (ESB) of the mirror.
  • the shape of the clamping area (ESB) can be selected specifically and is not dependent on the arrangement of the etched holes.
  • the electrode area EB represents an actuation electrode area which can actuate the closest mirror layer (cover element) in the exposed area.
  • an SiO 2 sacrificial layer etching process can take place, for example based on HF (fluorine-hydrogen), which can remove the SiO 2 adjacent to the areas etched in FIG. 2k, for example.
  • HF fluorine-hydrogen
  • the second etch should be short here, that is, shorter than in the step in FIG. 2k, so that the previously defined etch edge remains clearly defined.
  • the small required etching time can be advantageous for the process management, since the etching process can have a tendency to stick moving structures with large etching widths.
  • the Si02 is usually etched with gaseous HF. The reaction produces H20 as a secondary product.
  • first mirror element SP1 of the FPI consisting of the first cover element DE1 and the second cover element DE2, spaced apart by the low refractive index layer, such as vacuum, air or another gas, which via the Electrode layer can be actuated in the area EB.
  • Z2 can have a thickness of approx. 750 nm, analogously to the sacrificial layer in the second mirror, i.e. in a third, fourth and about fifth intermediate component, which can be used analogously to produce an FPI, and the upper mirror element can generate.
  • each sacrificial layer can manage with two very thin SiO 2 layers each (for example 100 nm each).
  • the thickness of the sacrificial layer can then be increased by using a thicker polysilicon, which is generally not critical on a silicon substrate. Due to the design, this sacrificial layer material can be used despite active layers (mirror, electrode) made of silicon.
  • topography generated in the process according to the invention can be significantly reduced compared to what is known, since only thin separating gaps can be required even for contacts, the topography of which can be further reduced by filling or polishing if the process is carried out appropriately.
  • 3a-b show a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • etching accesses can be introduced in an alternative manner.
  • FIG. 3a shows a representation similar to FIG. 2j, with initially no openings A in the cover layer L alone for a cover layer L be created. Also, when structuring, no trenches are produced in the third, fourth, fifth and sixth sacrificial layer in the optical area OB and in the area of the electrode layer EB. Rather, through holes D are introduced after the covering layer L has been completed down to the second sacrificial layer 02, as is shown in FIG. 3b. In this way, a number of process steps can also be reduced, for example if no production of contacts is necessary or sacrificial layers, for example SiO 2 layers, do not have to be structured to produce contacts.
  • sacrificial layers for example SiO 2 layers
  • the cover elements DE1 and DE2 can consist of different materials than the second and fifth sacrificial layers, since the cover elements do not have to represent any etching accesses for the sacrificial layers.
  • the second and fifth sacrificial layers can comprise germanium or silicon germanium (SiGe).
  • FIG. 4a-b show a schematic sectional view of several intermediate components in a Fabry-Perot interferometer device during its manufacture according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • etching accesses can be introduced in a further alternative way.
  • FIG. 4a shows a representation similar to FIG. 3a, with no openings being made in the cover layer L alone for the time being.
  • the first cover element DE1 and the second cover element DE2 are also not structured in the area of the electrode EB and in the optical area OB.
  • Such an embodiment can be suitable if the cover elements are sufficiently resistant to the etching chemistry during the etching of the second and fifth sacrificial layers and can remain in the composite. In this way, further process steps, such as structuring the cover elements, can be saved.
  • the second and fifth sacrificial layers can comprise germanium or silicon germanium (SiGe).
  • FIGS. 5a-c show a schematic sectional view of an intermediate component during its production according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5a shows a partial section, for example that of FIG. 2j, over the optical area or the electrode area (EB).
  • the second sacrificial layer 05 of the second intermediate components Z2, i.e. the fifth sacrificial layer 05, can be structured in such a way that at least one sub-area STS is surrounded by intermediate trenches GZ, the sixth sacrificial layer 06 filling the intermediate trenches GZ and the sub-area STS between the intermediate trenches from the rest of the fifth sacrificial layer 05 separated, as shown in FIG. 5a.
  • the fifth sacrificial layer 05 can be removed.
  • the partial area between the intermediate trenches GZ can at least partially remain, as shown in FIG. 5b.
  • an air mirror can advantageously be realized which, with the two cover elements DE1 and DE2, can comprise two high-index layers and an air gap between them.
  • the fourth and sixth sacrificial layers 04 and 06 can therefore largely isolate the partial area STS all around from the etching process.
  • FIG. 5c shows the arrangement of FIG. 5b after a further etching process, in particular after silicon oxide etching, the fourth and sixth sacrificial layers being removed from and around the partial area STS in some areas, but part of the fourth sacrificial layer 04 through a small etching second below the sub-area STS and part of the sixth sacrificial layer 06 can remain above the sub-area STS.
  • the sub-area STS with the remnants of the fourth and sixth sacrificial layers 04 and 06 can connect the cover elements DE1 and DE2 and maintain a constant distance between them, so that the sub-area STS can function as a support structure.
  • support structures can be made more massive (less deformable) and more stable and electrically insulating in the vertical direction and with little process effort. Due to the possibility of realizing support structures STS in mirror elements of the FPI with a vacuum or a gas as the low-refractive-index layer, a high stability, a good
  • the support structures STS can therefore also be constructed from parts of the sacrificial layers O1, 02 or 03 themselves.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente (Z, Z1, …, Zn) in einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung (FPI) umfassend ein Aufbringen (S1b) einer ersten Opferschicht (O1) auf einem Substrat (Sub); - Aufbringen (S2) einer zweiten Opferschicht (O2) zumindest bereichsweise auf die erste Opferschicht (O1); ein Strukturieren (S3) der zweiten Opferschicht (O2) in zumindest zwei Teilbereiche (O2-1, O2-2, …, O2-n) und dabei Einbringen von Gräben (G1) in die zweite Opferschicht (O2), welche sich bis zur ersten Opferschicht (O1) erstrecken; ein Aufbringen (S4) einer dritten Opferschicht (O3) zumindest bereichsweise auf die Teilbereiche (O2-1, O2-2, …, O2-n) der zweiten Opferschicht (O2) und in die Gräben (G); ein Erzeugen (S5) von zumindest einem Durchgangsloch (D) in der dritten Opferschicht (O3) und über zumindest einem der Teilbereiche (O2-1, O2-2, …, O2-n) der zweiten Opferschicht (O2), wobei sich das Durchgangsloch (D) durch die dritte Opferschicht (O3) hindurch bis zur zweiten Opferschicht (O2) erstreckt; ein Entfernen (S6) des zumindest einem der Teilbereiche (O2-1, O2-2, …, O2-n) der zweiten Opferschicht (O2) durch das dem jeweiligen Teilbereich zugehörigen Durchgangsloch (D) durch Ätzen; und ein zumindest bereichsweises Entfernen (S7) der ersten Opferschicht (O1) und dritten Opferschicht (O3) am jeweiligen Teilbereich (O2-1, O2-2, …, O2-n) durch das zugehörige Durchgangsloch (D).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente in einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung, Verfahren zum
Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung und mikromechanische Fabry-Perot-Interferometervorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente in einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung und eine mikromechanische Fabry-Perot-Interferometervorrichtung.
Stand der Technik
Bei durchstimmbaren und miniaturisierbaren spektralen Filtern können mittels MEMS (mikroelektromechanischer) Technologie beispielsweise Fabry-Perot Interferometer (FPI) hergestellt werden. Bei diesen kann eine Kavität aus zwei planparallelen und hochreflektierenden Spiegeln gebildet werden, welche an einem bestimmten und variierbaren Abstand (Kavitätslänge) positioniert sein können. Für optische Wellenlängen kann eine solche Anordnung nur für diejenigen Wellenlängen eine starke Transmission zeigen, bei denen die Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht. Der Abstand kann etwa mittels elektrostatischer oder piezoelektrischer Aktuierung verändert werden, was in einem durchstimmbaren Filterelement resultieren kann. Die Parallelität der beiden Spiegel ist dabei als ein kritischer Einflussfaktor für die Funktionsweise eines solchen Filterelements zu werten, welche möglichst hoch sein sollte, um zwischen den beiden Spiegeln eine definierte Kavität mit einer möglichst hohen Finesse entstehen lassen zu können. Um bei einem Fabry-Perot Interferometer einen möglichst großen Wellenlängenbereich nutzen zu können muss unter anderem gegeben sein, dass die beiden Spiegel des FPI über den gesamten zu messenden Wellenlängenbereich hochreflektiv sind. Die Spiegel in einem miniaturisierten FPI sind meist dielektrische Schichtsysteme (Bragg Reflektoren, engl, distributed Bragg reflectors, DBR), welche alternierend aus Schichten von hoch- und niedrigbrechenden Materialien bestehen können. Eine optische Dicke dieser Schichten kann dabei idealerweise ein Viertel der Zentralwellenlänge des zu adressierenden Bereiches sein. Um einen hohen Wellenlängenbereich bei hoher (maximaler) Reflexion zu erreichen kann ein hoher Kontrast der Brechungsindizes der hoch- und niedrigbrechenden Materialien erforderlich sein. Dies kann etwa mit Gasen oder Vakuum als niedrigbrechendem Material (Luft- Spiegel) erreicht werden, wobei der Brechungsindex des niedrigbrechenden Materials möglichst nahe bei eins sein kann.
Zur Gewährleistung der Parallelität der Spiegelschichten können Stützstrukturen angewandt werden, durch welche einerseits der Abstand der hochbrechenden Schichten voneinander konstant gehalten werden kann und andererseits die Spiegelschicht, also beiden, jetzt miteinander verbundenen, hochbrechenden Schichten, versteift wird. Dabei können Teile der oberen hochbrechenden Schicht selbst als Stützstrukturen dargestellt sein, welche bis zur unteren Schicht heruntergezogen sein können, was jedoch in Verformungen und einer elektrischen Verbindung der Schichten miteinander resultieren kann. Die Herstellung kann meist mit Opferschichtprozessen erfolgen, welche dann selektiv entfernt werden können, etwa durch Ätzzugänge, welche meist in einem Polygonmuster angeordnet werden. Um etwa eine gewünschte Form der freigestellten Fläche zu erzielen, können hohe Dichten der Ätzzugänge nötig sein. Häufig wird für Opferschichten in MEMS-FPI Si02 genutzt, da es sich sehr gut selektiv entfernen lässt. Je nach Wellenlänge und Auslegung sind in einem FPI sehr dicke Si02-Schichten notwendig.
In der US 8,995,044 B2 wird ein Fabry-Perot-Interferometer in MEMS-Bauweise beschrieben. Um einen Spiegel mit hoher Reflexion zu erreichen, kann ein hoher Kontrast der Brechungsindizes von hoch- und niedrigbrechenden Materialien in einem Spiegelelement vorhanden sein. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente in einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung nach Anspruch 8 und eine mikromechanische Fabry-Perot- Interferometervorrichtung nach Anspruch 14.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente in einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung und eine mikromechanische Fabry-Perot-Interferometervorrichtung anzugeben, bei welcher Opferschichten eine große Dicke und/oder einen niedrigen Schichtstress aufweisen können. Dickere Opferschichten können beispielsweise bei Fabry- Perot-Interferometervorrichtungen notwendig sein, die bei größeren Wellenlängen und/oder höheren Ordnungen operieren sollen. Hierbei kann ein niedriger Schichtstress notwendig sein, um dicke Opferschichten bzw. Opferschichtstapel mit geringer Defektzahl, zum Beispiel ohne Risse, und/oder geringer resultierender Waferverbiegung herzustellen. . Dabei kann eine verbesserte und definierte Einspannung der Spiegelsysteme erreicht werden, was zu einer Erhöhung der mechanischen Symmetrie des Systems und somit zu einer Verringerung von asymmetrischen Spiegeldeformationen aus einer unsymmetrischen Einspannung führen kann. Es kann des Weiteren eine Robustheit der Schichten (Spiegel) durch die Einspannung erhöht werden, da ein Auftreten von Ecken und daraus resultierenden mechanischen Spannungsspitzen verringert werden kann. Die Prozessrobustheit kann verbessert werden, da eine Weite der Unterätzung beim Opferschichtprozess geringeren Schwankungen unterliegen kann. Des Weiteren kann ein Abstand von Ätzzugängen erhöht werden, da Ätzstoppbereiche definiert werden können, was zu einer Vergrößerung einer optischen Fläche und einem Verringern von Signalrauschen führen kann. Des Weiteren kann mit der vorliegenden Erfindung eine Stützstruktur für Spiegelschichten realisiert werden.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente in einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung ein Aufbringen einer ersten Opferschicht auf einem Substrat; ein Aufbringen einer zweiten Opferschicht zumindest bereichsweise auf die erste Opferschicht; ein Strukturieren der zweiten Opferschicht in zumindest zwei Teilbereiche und dabei Einbringen von Gräben in die zweite Opferschicht, welche sich bis zur ersten Opferschicht erstrecken; ein Aufbringen einer dritten Opferschicht zumindest bereichsweise auf die Teilbereiche der zweiten Opferschicht und in die Gräben; ein Erzeugen von zumindest einem Durchgangsloch in der dritten Opferschicht und über zumindest einem der Teilbereiche der zweiten Opferschicht, wobei sich das Durchgangsloch durch die dritte Opferschicht hindurch bis zur zweiten Opferschicht erstreckt; ein Entfernen des zumindest einem der Teilbereiche der zweiten Opferschicht durch das dem jeweiligen Teilbereich zugehörige Durchgangsloch durch Ätzen; und zumindest ein bereichsweises Entfernen der ersten Opferschicht und/oder dritten Opferschicht am jeweiligen Teilbereich durch das zugehörige Durchgangsloch.
Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat umfassen. Es kann dabei auch möglich sein, dass das Substrat eine strukturierte Elektrodenschicht, etwa aus Polysilizium, sowie weitere Schichten und/oder einen Wafer umfassen kann. Die Zwischenkomponente kann selbst eine Abfolge von Schichten mit einem zumindest bereichsweise freigestellten Bereich sein, etwa eine Abfolge von Spiegelschichten, beispielsweise hochbrechende Schichten und bereichsweise eine Luft- oder Gasschicht, oder ein Vakuum dazwischen. Das Durchgangsloch kann vorteilhaft über jenem Teilbereich positioniert sein, welcher zumindest teilweise entfernt werden soll, und sich bis zu diesem durch die darüberliegenden Schichten erstrecken. Die zu entfernenden Teilbereiche können durch das Material jener Opferschicht umgeben sein, welche sich auf den Teilbereichen befindet. Da das Material dieser umgebenden und aufliegenden Opferschicht vom Material des Teilbereichs verschieden sein kann, und vorzugsweise eine höhere Ätzresistenz oder Ätzrate aufweisen kann, kann das Material dieser umgebenden und aufliegenden Opferschicht als ein Ätzstopp dienen. So ist es möglich, dass der zu ätzende Bereich von diesem Ätzstopp definiert werden kann und nicht von den Parametern Dichte der Durchgangslöcher, Ätzrate und Ätzzeit. Wird der zu ätzende Bereich durch die Dichte der Durchgangslöcher, die Ätzrate und die Ätzzeit bestimmt, versucht man immer die Dichte der Durchgangslöcher hoch zu wählen, um mit kurzen Ätzzeiten und geringen Ätzraten den zu ätzenden Bereich möglichst exakt abzubilden. Wird der zu ätzende Bereich durch einen geometrischen Ätzstopp definiert kann die Zahl und Dichte der Ätzlöcher gegenüber herkömmlichen Verfahren vorteilhaft verringert werden.
Bei dem Entfernen der ersten Opferschicht und dritten Opferschicht am jeweiligen Teilbereich durch das zugehörige Durchgangsloch kann eine Ätzweite vorzugsweise kleiner sein als 1 pm.
Durch das Verfahren kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Dicke der Opferschicht (bzw. des Opferschichtstapels) erhöht werden kann ohne die Gefahr von hoher Waferverbiegung, Abplatzungen, Reißen von Schichten zu erhöhen. Dies kann aus einer Verringerung der Dicke von Si02-Schichten resultieren. Die Zahl der Ätzlöcher kann verringert werden. Außerdem kann die Unterätzung im Einspannungsbereich verringert werden. Unregelmäßige Einspannung mit Bruch der Symmetrie und Kanten können vermieden oder verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente wird ein Deckelement zumindest bereichsweise auf die dritte Opferschicht und über zumindest einem der Teilbereiche angeordnet und das Durchgangsloch wird auch in dem Deckelement erzeugt.
Das Deckelement kann eine hochbrechende Schicht und/oder eine Spiegelschicht eines Fabry-Perot-Interferometers sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente umfasst die zweite Opferschicht ein anderes Material als die erste Opferschicht und/oder die dritte Opferschicht umfasst ein anderes Material als die zweite Opferschicht. Durch die unterschiedlichen Materialien können unterschiedliche Ätzresistenzen innerhalb der Zwischenkomponente erzielt werden und manche Opferschichten bereits teilweise oder ganz entfernt sein und andere noch vollständig oder zu einem höheren Grad vorhanden sein. So kann etwa das Material der ersten und dritten Opferschicht als ein Ätzstopp für das Entfernen der zweiten Opferschicht dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente umfasst die erste und die dritte Opferschicht Siliziumoxid und die zweite Opferschicht umfasst Silizium und/oder Germanium.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente ist eine erste Schichtdicke der ersten Opferschicht und/oder eine dritte Schichtdicke der dritten Opferschicht kleiner als eine zweite Schichtdicke der zweiten Opferschicht und/oder die Gräben sind zumindest bereichsweise schmäler als das Doppelte der dritte Schichtdicke.
Durch die entsprechende und anwendungsorientierte Wahl der Schichtdicken oder Breiten der Gräben kann beeinflusst werden, wieweit sich bei einer definierten Ätzzeit der laterale Ätzverlauf, etwa ein Unterätzen der Schichten, ausdehnen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen des zumindest einen der Teilbereiche der zweiten Opferschicht durch ein im Wesentlichen isotropes Ätzverfahren, wobei ein fluorhaltiges Ätzmaterial genutzt wird
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente erfolgt das Entfernen des zumindest einen der Teilbereiche der zweiten Opferschicht durch ein im Wesentlichen isotropes Ätzverfahren, wobei CIF3 oder XeF2 als Ätzmaterial bei einer Temperatur zwischen - 20 °C und 60 °C genutzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite Opferschicht strukturiert, derart dass zumindest ein Teilbereich von Zwischengräben umgeben wird, wobei die dritte Opferschicht die Zwischengräben auffüllt und den Teilbereich zwischen den Zwischengräben vom Rest der zweiten Opferschicht separiert, und wobei bei einem Entfernen der zweiten Opferschicht der Teilbereich zwischen den Zwischengräben zumindest teilweise verbleibt.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung ein Bereitstellen eines Substrats; ein Ausformen zumindest einer ersten Zwischenkomponente und einer zweiten Zwischenkomponente aufeinander mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente, wobei auf jede der Zwischenkomponenten ein Deckelement aufgebracht wird und wobei das Durchgangsloch in jeder Zwischenkomponente separat oder nach dem Anordnen der zweiten Zwischenkomponente in jeder der Zwischenkomponenten erfolgt und wobei das Entfernen der Teilbereiche und jeweiligen Opferschichten separat für jede Zwischenkomponente oder nach einem Fertigstellen von zumindest zwei Zwischenkomponenten aufeinander erfolgt.
Die Zwischenkomponenten können geschichtete Teilbereich oder Beabstandungen zwischen diesen definieren und können in einer Vielzahl und je nach Bedarf ausgeformt werden. Die Ätzzugänge als Durchgangslöcher können jeweils in die jeweilige Zwischenkomponente eingebracht werden oder nach dem Ausformen mehrerer Zwischenkomponenten und durch mehrere hindurch, bis in die zu entfernenden Teilbereiche, und das Entfernen kann entsprechend für zumindest eine Zwischenkomponente einzeln oder für mehrere gleichzeitig erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung wird zumindest eines der Deckelemente in zumindest zwei Teilbereiche strukturiert um das Durchgangsloch zwischen den beiden Teilbereichen zu definieren.
Das Durchgangsloch kann somit vorteilhaft den Ätzzugang für die jeweiligen unteren Opferschichten und deren zu entfernende Teilbereiche bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung entsprechen die zumindest zwei Teilbereiche zumindest einer der Zwischenkomponenten und/oder der Deckelelemente einem optischen Bereich der Fabry-Perot- Interferometervorrichtung und/oder einem elektrischen Kontaktbereich und/oder einem Aktuationselektrodenbereich.
Mittels der Strukturierung können die späteren Funktionsbereichen, insbesondere der Kontaktbereich und der Aktuationselektrodenbereich und der optischer Bereich schon bei der lateralen Strukturierung der Opferschichten gewählt und deren Position definiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung werden vier Zwischenkomponenten ausgebildet, wobei die erste und die zweite Zwischenkomponente als ein erstes Spiegelelement mit einer Spiegelschichtenfolge ausgeformt werden und beabstandet und in Abstand variierbar dazu eine dritte und eine vierte Zwischenkomponente als ein zweites Spiegelelement mit einer Spiegelschichtenfolge ausgeformt werden.
Zwischen der zweiten und dritten Zwischenkomponente kann noch eine weitere Zwischenkomponente und/oder eine einzelne oder mehrere Opferschicht(en) erzeugt werden, um einen Abstand vom ersten und zweiten Spiegelelement zu erzeugen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung wird auf zumindest einer der Zwischenkomponenten eine Abdeckschicht auf dem Deckelement ausgeformt und zumindest eine Öffnung in der Abdeckschicht im Bereich des Durchgangslochs für das Entfernen des Teilbereichs und/oder Opferschichten eingebracht.
Durch die Abdeckschicht können zielgerichtet an jenen Bereichen Ätzzugänge gebildet und in die darunterliegenden Opferschichten getrieben werden, in welchen ein Entfernungsprozess für die Opferschichten durchgeführt werden soll. Andere Bereiche, an welchen die Opferschichten nicht entfernt werden sollen, können ohne Öffnung in der Abdeckschicht verbleiben und vor einem Ätzverfahren geschützt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung wird die zweite Opferschicht der zweiten Zwischenkomponente strukturiert, derart dass zumindest ein Teilbereich von Zwischengräben umgeben wird, wobei die dritte Opferschicht die Zwischengräben auffüllt und den Teilbereich zwischen den Zwischengräben vom Rest der zweiten Opferschicht separiert, und wobei bei einem Entfernen der zweiten Opferschicht der zweiten Zwischenkomponente der Teilbereich zwischen den Zwischengräben zumindest teilweise verbleibt.
Durch den zumindest teilweise verbleibenden Teilbereich kann eine Stützstruktur zwischen der ersten und dritten Opferschicht der zweiten Zwischenkomponente erzeugt werden, etwa wenn diese nach einem Entfernen zumindest ober- und unterhalb des verbleibenden Teilbereichs noch bereichsweise verbleiben. Wenn die zweite Zwischenkomponente auf einem ersten Deckelelement angeordnet wird und ein zweites Deckelelement auf der zweiten Zwischenkomponente erzeugt wird, so kann der verbleibende Teilbereich eine Stützstruktur zwischen dem ersten Deckelement und dem zweiten Deckelelement bilden und diese auf einer konstanten Distanz halten. Eine derartige Stützstruktur kann in jeder Zwischenkomponente ausgeführt sein und es können innerhalb der gleichen Zwischenkomponente auch mehrere derartige Stützstrukturen erzeugt werden.
Erfindungsgemäß umfasst die mikromechanische Fabry-Perot- Interferometervorrichtung ein erstes Spiegelelement mit einer Spiegelschichtenfolge und ein zweites Spiegelelement mit einer Spiegelschichtenfolge, wobei das erste Spiegelelement und das zweite Spiegelelement in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand variierbar ist und wobei das erste und/oder das zweite Spiegelelement nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeformt sind.
Die Fabry-Perot-Interferometervorrichtung sowie das Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung können sich weiterhin durch die Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente auszeichnen und umgekehrt. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. la - h eine schematische Schnittansicht einer Zwischenkomponente während deren Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a - 1 eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot- Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a - b eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot- Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4a - b eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot- Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5a - c eine schematische Schnittansicht einer Zwischenkomponente während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
Fig. la - h zeigen eine schematische Schnittansicht einer Zwischenkomponente während deren Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente kann genutzt werden, um Opferschichten in einem MEMS-Bauteil, etwa in einem FPI, herzustellen. Alternativ kann die Zwischenkomponente auch in anderen Vorrichtungen anwendbar sein.
In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens zum Herstellen einer Zwischenkomponente erfolgt gemäß der Fig. la ein Aufbringen Slb einer ersten Opferschicht Ol auf einem Substrat Sub. Das Substrat Sub kann in einem vorhergehenden Schritt Sla bereitgestellt werden. Das Substrat Sub kann einen Halbleiterwafer oder auch weitere Schichten, anwendungsbedingt auch strukturierte, Schichten umfassen. Die erste Opferschicht Ol kann beispielsweise Siliziumoxid umfassen.
Das Verfahren bietet eine Möglichkeit zur erheblichen Verringerung von nötiger Siliziumoxiddicke sowie Schichtstress in den Opferschichten, welche durch Waferverbiegung, Abplatzungen und Reißen von Schichten eine Prozessierung erschweren könnten.
Die Fig. lb zeigt einen weiteren Verfahrensschritt, wobei ein Aufbringen S2 einer zweiten Opferschicht 02 zumindest bereichsweise auf die erste Opferschicht 01 erfolgt. Die zweite Opferschicht 02 kann beispielsweise Silizium, Siliziumgermanium oder Germanium umfassen.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. lc gezeigt, erfolgt ein Strukturieren S3 der zweiten Opferschicht 02 in zumindest zwei Teilbereiche 02- 1 und 02-2, oder auch 02-3, wie in der Fig. lc gezeigt, und dabei ein Einbringen von Gräben Gl in die zweite Opferschicht 02, welche sich bis zur ersten Opferschicht Ol erstrecken.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. Id gezeigt, erfolgt ein Aufbringen S4 einer dritten Opferschicht 03 zumindest bereichsweise auf die Teilbereiche 02-1, 02-2, 02-3 der zweiten Opferschicht 02 und in die Gräben Gl. Die dritte Opferschicht 03 kann wiederum Siliziumoxid umfassen, etwa gleich wie die erste Opferschicht 01.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. le gezeigt, wird ein Deckelement DE (DE1) zumindest bereichsweise auf die dritte Opferschicht 03 und über zumindest einem der Teilbereiche (02-1, 02-2, 02-3) angeordnet. Das Deckelelement kann mehrere Schichten, etwa eines Spiegels oder einer hochbrechenden Schichtenfolge umfassen. Bei der Herstellung eines FPIs kann es sich bei dem Deckelelement DE1 um einen der Spiegel des FPIs oder um eine oder mehrere Teilschichten davon handeln.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. lf gezeigt, erfolgt ein Erzeugen S5 von zumindest einem Durchgangsloch D in der dritten Opferschicht 03 und dem Deckelement DE und über zumindest einem der Teilbereiche (02-1, 02-2, 02-3) der zweiten Opferschicht 02, wobei sich das Durchgangsloch D durch die dritte Opferschicht 03 hindurch bis zur zweiten Opferschicht 02 erstreckt. Das Durchgangsloch D stellt vorteilhaft einen Ätzzugang für die Schichten unter dem Deckelement dar. Falls das Deckelement DE mit einem gleichen Medium ätzbar ist, wie die zweite Opferschicht, so kann das Durchgangsloch auch nur durch die dritte Opferschicht 03 hergestellt werden und von dem Deckelement DE aufgefüllt und überdeckt werden (wie etwa in der Fig. 2e gezeigt).
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. lg gezeigt, erfolgt ein Entfernen S6 des zumindest einen der Teilbereiche (02-1, 02-2, 02-3) der zweiten Opferschicht 02 durch das dem jeweiligen Teilbereich zugehörigen Durchgangsloch D durch Ätzen. Hierbei können die den jeweiligen Teilbereich 02-lumliegenden Opferschichten 01 und 03 als Ätzstopp dienen, so dass eine definierte Ätzkante am Rand des Teilbereichs 02-1 entstehen kann. In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. lh gezeigt, erfolgt ein zumindest bereichsweises Entfernen S7 der ersten Opferschicht Ol und dritten Opferschicht 03 am jeweiligen Teilbereich 02-1 durch das zugehörige Durchgangsloch D hindurch. Dabei wird ein entsprechender Ätzprozess auf die erste und dritte Opferschicht angewandt, welcher sich von jenem der zweiten Opferschicht 02 unterscheiden kann. Es können dabei solche Bereiche der ersten und dritten Opferschicht entfernt werden, welche an den entfernten Teilbereich der zweiten Opferschicht 02-1 angrenzen. Dabei können vorteilhaft die erste Schichtdicke dl der ersten Opferschicht Ol und/oder eine dritte Schichtdicke d3 der dritten Opferschicht 03 kleiner sein als eine zweite Schichtdicke d2 der zweiten Opferschicht 02, wie schematisch in den Figuren lb und ld gezeigt. Auf diese Weise können die definierten Ätzkanten weitgehend erhalten bleiben. Durch das Verfahren kann ein mehrschichtiger Opferschichtstapel in einem oder mehreren Bereichen zwischen dem Substrat Sub und dem Deckelement DE vollständig entfernt werden.
Durch das Verfahren können in den Schichten größtenteils sehr ebene Oberflächen ermöglicht werden, und dadurch eine Vereinfachung der Prozessführung.
Fig. 2a - 1 zeigen eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot-Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Verfahrensschritt des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung (FPI) erfolgt, wie in der Fig. 2a gezeigt, ein Bereitstellen eines Substrats Sub. Bei dem Substrat kann es sich um eine strukturierte Elektrodenschicht handeln, welche beispielsweise Polysilizium umfassen kann. Das Substrat kann erste Gräben G aufweisen, welche das Substrat in Teilbereiche strukturieren, etwa kann der Kontakt K des FPIs bereits als strukturierter Teilbereich separiert werden. Diese Elektrodenschicht kann gemeinsam mit weiteren Schichten und einem Wafer (nicht gezeigt) das Substrat Sub bilden. In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2b gezeigt, wird eine erste Opferschicht Ol auf einem Substrat Sub aufgebracht, welche Siliziumoxid (Si02) umfassen kann. Diese erste Opferschicht kann bereits strukturiert werden, etwa über dem Kontaktbereich K und auch über weiteren Bereichen, etwa über einem optischen Bereich des FPI. Die ersten Gräben G können durch die erste Opferschicht Ol aufgefüllt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2c gezeigt, kann eine zweite Opferschicht 02, etwa aus Polysilizium, zumindest bereichsweise auf die erste Opferschicht Ol aufgebracht werden. Die Opferschicht 02 kann bei Bedarf durch geeignete Methoden, beispielsweise Polieren, planarisiert werden. Es kann ein Strukturieren der zweiten Opferschicht 02 in Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) und dabei ein Einbringen von Gräben Gl in die zweite Opferschicht 02 erfolgen, welche sich bis zur ersten Opferschicht 01 erstrecken. Die zweite Opferschicht 02 kann in den Bereichen K und OB das Substrat Sub berühren. Die Gräben Gl können zum Vermeiden von Topographie vorteilhaft schmal, also kleiner als diese, gegen die Schichtdicke der zweiten Opferschicht 02 sein. Die Breite der Gräben Gl kann vorzugsweise kleiner als 1 pm sein. Bei konformer Abscheidung von 03 mit einer Schichtdicke von mindestens der Hälfte der Grabenbreite wird der Graben verschlossen und somit die Topographie reduziert.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2d gezeigt, kann eine dritte Opferschicht 03 zumindest bereichsweise auf die Teilbereiche der zweiten Opferschicht 02-1, 02-2, ..., 02-n und in die Gräben G auf- und eingebracht werden. Die dritte Opferschicht 03 kann etwa Siliziumoxid umfassen. Im Kontaktbereich K und im optischen Bereich OB sowie in einem zweiten Kontaktbereich (EB, wie in der Fig. 2L gezeigt) können Teilbereiche der dritten Opferschicht 03 entfernt werden. So können im optischen Bereich OB sowie in einem zweiten Kontaktbereich (EB) Löcher G2 ausgeformt werden, etwa mit einem regelmäßigen Lochmuster. Bei später auszuformenden Durchgangslöchern D können die Löcher G2 und die Durchgangslöchern D dann an gleicher Position sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2e gezeigt, kann ein erstes Deckelement DE1 zumindest bereichsweise auf die dritte Opferschicht 03 aufgebracht werden, welche etwa Polysilizium umfassen kann, was hier eine hochbrechende Schicht des unteren Spiegels des FPIs darstellen kann. Das erste Deckelement DE1 kann einen erste Zwischenkomponente ZI abdecken.
Da die Elektrodenschicht des Substrats auch Polysilizium umfassen kann, kann diese auch mit der zweiten Opferschicht 02 als Teilopferschicht dienen, was zu einer weiteren Reduzierung der Topographie führen kann. In einem FPI kann die erste Zwischenkomponente ZI einen Aktuationsspalt definieren, also einen Abstand der Elektrodenschicht von dem unteren Spiegel des FPI. Die Strukturierung der dritten Opferschicht 03 kann sich in dem ersten Deckelelement DE1 fortsetzen da in diese dritte Gräben G3 über den Löchern G2 angeordnet sein können.
Nachfolgend kann nun eine zweite Zwischenkomponente Z2 auf der ersten ZI ausgeformt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2f gezeigt, kann eine vierte Opferschicht 04, welche Siliziumoxid umfassen kann, auf das erste Deckelelement DE1 aufgebracht werden, welche analog zur ersten Opferschicht 01 wirken kann. Diese kann im Wesentlichen ähnlich zur dritten Opferschicht 03 strukturiert werden, wobei vierte Gräben G4 eingebracht werden können. Auch die Aussparung des Kontakts K kann sich bis hierhin als Teilbereich durch die Schichten fortsetzen.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2g gezeigt, kann eine fünfte Opferschicht 05 auf der vierten Opferschicht 04 und in deren Gräben G4 sowie anderen Ausnehmungen (K) angeordnet werden. Diese kann Polysilizium umfassen und analog zur zweiten Opferschicht 02 wirken. Es kann eine Strukturierung erfolgen, wobei fünfte Gräben G5 eingebracht werden können und entsprechende Teilbereiche, etwa Kontakt K sowie optischen Bereich (OB) und Elektrodenbereich (EB) definieren können. Letztere beiden Bereiche (EB und OB) können auch in kleinere Teilbereiche unterteilt werden, welche jeweils über die umgebenden Siliziumoxid-Schichten nach oben und unten einen Kontakt zu den benachbarten Polysilizium-Schichten haben können. So können später nach dem ersten Opferschichtätzschritt noch schmale Reststege aus Si02 übrig bleiben, die bei diesem Schritt die Wahrscheinlichkeit eines Klebens reduzieren können. Diese Reststege können dann anschließend beim letzten Si02- Opferschichtätzprozess entfernt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2h gezeigt, kann eine sechste Opferschicht 06 auf die fünfte Opferschicht 05 und deren fünfte Gräben G5 aufgebracht werden, welche Siliziumoxid umfassen kann und analog zur dritten Opferschicht 03 wirken kann. Diese kann ähnlich der vierten Opferschicht 04 strukturiert werden, etwa mit sechsten Gräben G6. Die vierte bis sechste Opferschichten können die zweite Zwischenkomponente Z2 bilden, welche eine niedrigbrechende Schicht eines unteren FPI-Spiegels darstellen kann.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2i gezeigt, kann ein zweites Deckelelement DE2 auf die sechste Opferschicht 06 aufgebracht werden, ebenso in die sechsten Gräben G6. Die Strukturierung der sechsten Opferschicht 06 kann sich wiederum in das zweite Deckelelement DE2 in Form von siebten Gräben G7 fortsetzen. Das zweite Deckelelement DE2 kann eine zweite hochbrechende Schicht des unteren FPI-Spiegelelements darstellen und etwa Polysilizium umfassen und ähnlich zum ersten Deckelement DE1 strukturiert sein.
Mit weiteren Zwischenkomponenten kann noch eine optische Kavität und ein oberer Spiegel für das FPI erzeugt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2j gezeigt, kann eine Abdeckschicht L auf dem zweiten Deckelement DE2 ausgeformt werden und zumindest eine Öffnung A in der Abdeckschicht L ausgeformt werden, an welchem ein Durchgangslochs D für das Entfernen des Teilbereichs und/oder Opferschichten eingebracht werden kann. Über die Strukturierung dieser Schicht kann vorteilhaft entschieden werden, welche Bereiche später entfernt werden. So kann die Abdeckschicht L im Bereich K nicht geöffnet werden, da die Schichtfolge aus Polysilizium hier als Kontakt zur Elektrodenschicht dienen kann und nicht entfernt werden soll. Stattdessen werden Öffnungen im Bereich OB und EB hergestellt, die einen Zugang zu den entfernenden Polysilizium- Bereichen hersteilen können.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 2k gezeigt, können etwa mittels eines geeigneten Opferschichtätzprozesses, beispielsweise basierend auf CIF3 (Chlortrifluorid) oder XeF2 (Xenondifluorid), die zu entfernenden Bereiche der zweiten (etwa mit dem verbundenen Bereich in dem Elektrodenbereich EB) und der fünften Opferschicht 02 und 05 entfernt werden. Es können hierbei diese Schichten über die entsprechenden Teilbereiche in den Deckelementen DE1 und DE2 untereinander sowie zum Ätzzugang in der Abdeckschicht L verbunden sein, sodass alle zu entfernenden Bereiche in einem Schritt geätzt werden können. Das die entsprechenden Teilbereiche umgebende Si02 kann dabei als Ätzstopp dienen, sodass klare, reproduzierbare und sauber definierte Ätzkanten entstehen können, die auch den Einspannbereich (ESB) des Spiegels klar und beliebig definieren können. Die Form des Einspannbereich (ESB) kann dabei gezielt gewählt werden und ist nicht von der Anordnung der Ätzlöcher abhängig. Der Elektrodenbereich EB stellt einen Aktuationselektrodenbereich dar, welcher die nächstliegende Spiegelschicht (Deckelement) im freigestellten Bereich aktuieren kann.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in der Fig. 21 gezeigt, kann ein Si02- Opferschichtätzprozess erfolgen, beispielsweise basierend auf HF (Fluor- Wasserstoff), welcher etwa das Si02 angrenzend zu den in der Fig. 2k geätzten Bereichen entfernen kann. Die Ätzweite sollte hier kurz sein, also kürzer als im Schritt der Fig. 2k, sodass die vorher definierte Ätzkante klar definiert bleibt. Die geringe notwendige Ätzweite kann für die Prozessführung vorteilhaft sein, da der Ätzprozess bei großen Ätzweiten eine Tendenz zum Verkleben von beweglichen Strukturen haben kann. Im Ätzprozess wird meist mit gasförmigen HF das Si02 geätzt. In der Reaktion entsteht H20 als ein Folgeprodukt. Muss sehr viel des Si02 geätzt werden, so entsteht viel Wasser, was zu Kondensierungen führen kann. Durch die Oberflächenspannung von Wasser können dann die beweglichen Strukturen verkleben. Das Verfahren kann diesen Effekt verringern. Es verbleibt in der Fig. 2L ein freigestellter Spiegel (erstes Spiegelelement SP1 des FPIs), bestehend aus dem ersten Deckelement DE1 und dem dazu beabstandeten zweiten Deckelement DE2, beabstandet durch die niedrigbrechende Schicht, etwa Vakuum, Luft oder ein anderes Gas, welcher über die Elektrodenschicht im Bereich EB aktuiert werden kann.
Für ein FPI mit einer Zentralwellenlänge von 3000nm, kann Z2 eine Dicke von ca. 750nm aufweisen, analog die Opferschicht im zweiten Spiegel, also in einer dritten und vierten und etwa fünften Zwischenkomponente, welche zur Herstellung eines FPIs analog erfolgen kann und das obere Spiegelelement erzeugen kann. Zusätzlich kommt eine Dicke des optischen Spaltes zwischen den Spiegelelementen (nicht gezeigt) und des Aktuationsspaltes, also der ersten ZI, die beide von der zu benutzenden Ordnung abhängen. Wenn das FPI in erster Ordnung betrieben werden soll, um einen möglichst großen Wellenlängenbereich zu erschließen, kann der optische Spalt beispielsweise etwa 1 pm dick sein und der Aktuationsspalt (um einen elektrischen Pull-In zu vermeiden) etwa 5 pm dick sein. Bisher bekannte Anordnungen erfordern dies in Summe mit mindestens etwa 7,5pm Si02 (ohne eventuelle weitere Schichten) und teilweise sehr dicke Einzelschichten. Die erfindungsgemäße Ausführung kann ein Reißen der Schichten, starke Verbiegung des Wafers durch den Schichtstress und Abplatzungen verringern oder verhindern. Durch die erfindungsgemäße Auslegung kann jede Opferschicht mit je zwei sehr dünnen Si02-Schichten auskommen (z.B. je lOOnm). Die Opferschichtdicke kann dann durch ein dickeres Polysilizium erhöht werden, welches auf einem Siliziumsubstrat in der Regel unkritisch ist. Durch die Auslegung kann trotz aktiver Schichten (Spiegel, Elektrode) aus Silizium mit diesem Opferschichtmaterial gearbeitet werden. Gleichzeitig können bei Bedarf elektrische Durchführungen/Kontakte realisiert werden. Die bei dem erfindungsgemäßen Prozess erzeugte Topographie kann gegenüber dem Bekannten deutlich reduziert werden, da selbst für Kontakte nur dünne Trennspalte erforderlich sein können, deren Topographie bei geeigneter Prozessführung durch Verfüllen oder ggf. Polieren weiter reduziert werden kann.
Dies kann für die Prozessierung und die Funktionalität des Bauelements (besonders bei den hier notwendigen optischen Anforderungen) vorteilhaft sein.
Fig. 3a - b zeigen eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot-Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung (FPI) kann im Unterschied zum Schritt der Figur 2j das Einbringen von Ätzzugängen in einer alternativen Weise erfolgen.
Die Fig. 3a zeigt eine Darstellung ähnlich der Fig. 2j, wobei für eine Abdeckschicht L vorerst keine Öffnungen A in der Abdeckschicht L allein geschaffen werden. Auch werden beim Strukturieren keine Gräben in der dritten, vierten, fünften und sechsten Opferschicht im optischen Bereich OB und im Bereich der Elektrodenschicht EB erzeugt. Es werden vielmehr Durchgangslöcher D nach Abschluss der Abdeckschicht L bis hinunter zur zweiten Opferschicht 02 eingebracht, wie dies in der Fig. 3b gezeigt wird. Auf diese Weise kann auch eine Zahl von Prozessschritten verringert werden, etwa wenn keine Herstellung von Kontakten nötig ist oder zur Herstellung von Kontakten Opferschichten, z.B. Si02-Schichten, nicht strukturiert werden müssen. Die Deckelemente DE1 und DE2 können dabei aus anderen Materialien bestehen als die zweite und fünfte Opferschicht, da die Deckelemente keine Ätzzugänge für die Opferschichten darstellen müssen. Die zweite und fünfte Opferschicht kann Germanium oder Siliziumgermanium (SiGe) umfassen.
Fig. 4a - b zeigen eine schematische Schnittansicht mehrerer Zwischenkomponenten in einer Fabry-Perot-Interferometervorrichtung während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung (FPI) kann im Unterschied zum Schritt der Figuren 3a und 3b das Einbringen von Ätzzugängen in einer weiteren alternativen Weise erfolgen.
Die Fig. 4a zeigt eine Darstellung ähnlich der Fig. 3a, wobei auch hier in der Abdeckschicht L allein vorerst keine Öffnungen eingebracht werden. Auch das erste Deckelement DE1 und das zweite Deckelement DE2 sind im Bereich der Elektrode EB und im optischen Bereich OB nicht strukturiert. Ein derartige Ausführung kann sich dann eignen, wenn die Deckelemente gegenüber der Ätzchemie beim Ätzen der zweiten und fünften Opferschicht genügen resistent sind und im Verbund verbleiben können. Auf diese Weise können weitere Prozessschritte, etwa das Strukturieren der Deckelemente, eingespart werden. Auch hier können die zweite und fünfte Opferschicht Germanium oder Siliziumgermanium (SiGe) umfassen. Fig. 5a - c zeigen eine schematische Schnittansicht einer Zwischenkomponente während deren Herstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 5a zeigt einen Teilausschnitt, etwa der Fig. 2j, über dem optischen Bereich oder dem Elektrodenbereich (EB).
Die zweite Opferschicht 05 der zweiten Zwischenkomponenten Z2, also die fünfte Opferschicht 05, kann strukturiert werden, derart dass zumindest ein Teilbereich STS von Zwischengräben GZ umgeben wird, wobei die sechste Opferschicht 06 die Zwischengräben GZ auffüllt und den Teilbereich STS zwischen den Zwischengräben vom Rest der fünften Opferschicht 05 separiert, wie in der Fig. 5a gezeigt. Bei einem Ätzprozess durch die Öffnungen A in der Abdeckschicht L kann die fünfte Opferschicht 05 entfernt werden.
Nach einem Entfernen der fünften Opferschicht 05 kann der Teilbereich zwischen den Zwischengräben GZ zumindest teilweise verbleiben, wie in der Fig. 5b gezeigt wird.
Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Luftspiegel realisiert werden, welcher mit den zwei Deckelementen DE1 und DE2 zwei hochbrechende Schichten und einen Luftspalt dazwischen umfassen kann. Die vierte und sechste Opferschicht 04 und 06 können den Teilbereich STS also rundherum gegenüber dem Ätzprozess größtenteils isolieren.
Die Fig. 5c zeigt die Anordnung der Fig. 5b nach einem weiteren Ätzverfahren, insbesondere nach einem Siliziumoxid-Ätzen, wobei die vierte und sechste Opferschicht bereichsweise vom und um den Teilbereich STS entfernt werden, durch eine geringe Ätzweite jedoch ein Teil der vierten Opferschicht 04 unterhalb des Teilbereichs STS und ein Teil der sechsten Opferschicht 06 über dem Teilbereich STS verbleiben kann.
Der Teilbereich STS mit den Reststücken der vierten und sechsten Opferschicht 04 und 06 kann die Deckelemente DE1 und DE2 verbinden und einen konstanten Abstand zwischen diesen einhalten, sodass der Teilbereich STS als eine Stützstruktur funktionieren kann. Gegenüber bekannten Ausführungen können solche Stützstrukturen massiver (weniger verformbar) und stabiler und in vertikaler Richtung elektrisch isolierend sowie mit einem geringen Prozessaufwand ausgeformt werden. Durch die Möglichkeit zur Realisierung von Stützstrukturen STS in Spiegelelementen des FPIs mit einem Vakuum oder einem Gas als niedrigbrechender Schicht kann eine hohe Stabilität, eine gute
Planarität und eine Möglichkeit zur vertikalen elektrischen Isolation der Partialmembranen (Spiegelschichten) erzeugt werden. Zwischen den Deckelementen kann also folglich auch ein Gas, Vakuum oder ein Gasgemisch eingebracht sein. Die Stützstrukturen STS können also auch aus Teilen der Opferschichten Ol, 02 oder 03 selbst aufgebaut sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Zwischenkomponente (Z, ZI, Zn) in einer mikromechanischen Fabry-Perot-Interferometervorrichtung (FPI) umfassend die Schritte:
- Aufbringen (Slb) einer ersten Opferschicht (Ol) auf einem Substrat (Sub);
- Aufbringen (S2) einer zweiten Opferschicht (02) zumindest bereichsweise auf die erste Opferschicht (Ol);
- Strukturieren (S3) der zweiten Opferschicht (02) in zumindest zwei Teilbereiche (02- 1, 02-2, ..., 02-n) und dabei Einbringen von Gräben (Gl) in die zweite Opferschicht (02), welche sich bis zur ersten Opferschicht (01) erstrecken;
- Aufbringen (S4) einer dritten Opferschicht (03) zumindest bereichsweise auf die Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) der zweiten Opferschicht (02) und in die Gräben (G);
- Erzeugen (S5) von zumindest einem Durchgangsloch (D) in der dritten Opferschicht (03) und über zumindest einem der Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) der zweiten Opferschicht (02), wobei sich das Durchgangsloch (D) durch die dritte Opferschicht (03) hindurch bis zur zweiten Opferschicht (02) erstreckt;
- Entfernen (S6) des zumindest einem der Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) der zweiten Opferschicht (02) durch das dem jeweiligen Teilbereich zugehörigen Durchgangsloch (D) durch Ätzen;
- zumindest bereichsweises Entfernen (S7) der ersten Opferschicht (01) und/oder dritten Opferschicht (03) am jeweiligen Teilbereich (02-1, 02-2, ..., 02-n) durch das zugehörige Durchgangsloch (D).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Deckelement (DE, DE1, ..., DEn) zumindest bereichsweise auf die dritte Opferschicht (03) und über zumindest einem der Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) angeordnet wird und das Durchgangsloch (D) auch in dem Deckelement (DE) erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die zweite Opferschicht (02) ein anderes Material umfasst als die erste Opferschicht (01) und/oder die dritte Opferschicht (03) ein anderes Material umfasst als die zweite Opferschicht (02).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die erste und die dritte Opferschicht Siliziumoxid umfassen und die zweite Opferschicht Silizium und/oder Germanium umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem eine erste Schichtdicke (dl) der ersten Opferschicht (Ol) und/oder eine dritte Schichtdicke (d3) der dritten Opferschicht (03) kleiner ist/sind als eine zweite Schichtdicke (d2) der zweiten Opferschicht (02) und/oder die Gräben (Gl) zumindest bereichsweise schmäler sind als das Doppelte der dritten Schichtdicke (d3).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Entfernen des zumindest einen der Teilbereiche (02-1, 02-2, ..., 02-n) der zweiten Opferschicht (02) durch ein im Wesentlichen isotropes Ätzverfahren erfolgt, wobei ein fluorhaltiges Ätzmaterial genutzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die zweite Opferschicht (02) strukturiert wird, derart dass zumindest ein Teilbereich (STS) von Zwischengräben (GZ) umgeben wird, wobei die dritte Opferschicht (03) die Zwischengräben (GZ) auffüllt und den Teilbereich zwischen den Zwischengräben vom Rest der zweiten Opferschicht (02) separiert, und wobei bei einem Entfernen der zweiten Opferschicht (02) der Teilbereich zwischen den Zwischengräben zumindest teilweise verbleibt.
8. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Fabry-Perot- Interferometervorrichtung (FPI) umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Substrats (Sub);
- Ausformen zumindest einer ersten Zwischenkomponente (ZI) und einer zweiten Zwischenkomponente (Z2) aufeinander mit einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf jede der Zwischenkomponenten (ZI; Z2) ein Deckelement (DE1; DE2) aufgebracht wird und wobei das Durchgangsloch (D) in jeder Zwischenkomponente (ZI; Z2) separat oder nach dem Anordnen der zweiten Zwischenkomponente (Z2) in jeder der Zwischenkomponenten (ZI; Z2) erfolgt und wobei das Entfernen der Teilbereiche und jeweiligen Opferschichten separat für jede Zwischenkomponente oder nach einem Fertigstellen von zumindest zwei Zwischenkomponenten (ZI; Z2) aufeinander erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem zumindest eines der Deckelemente (DE1;
DE2) in zumindest zwei Teilbereiche (DE1-2; DE1-2; DE2-1; DE2-2) strukturiert wird um das Durchgangsloch (D) zwischen den beiden Teilbereichen zu definieren.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei welchem die zumindest zwei Teilbereiche zumindest einer der Zwischenkomponenten (ZI; Z2) und/oder der Deckelelemente (DE1; DE2) einem optischen Bereich (OB) der Fabry-Perot- Interferometervorrichtung (FPI) und/oder einem elektrischen Kontaktbereich (K) und/oder einem Aktuationselektrodenbereich (EB) entsprechen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem vier Zwischenkomponenten (ZI; Z2; Z3; Z4) ausgebildet werden, wobei die erste und die zweite Zwischenkomponente (ZI) und (Z2) als ein erstes Spiegelelement (SP1) mit einer Spiegelschichtenfolge ausgeformt werden und beabstandet und in Abstand variierbar dazu eine dritte und eine vierte Zwischenkomponente (Z3) und (Z4) als ein zweites Spiegelelement (SP2) mit einer Spiegelschichtenfolge ausgeformt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem auf zumindest einer der Zwischenkomponenten (ZI; Z2; Z3; Z4; ...; Zn) eine Abdeckschicht (L) auf dem Deckelement (DE1; DE2; ...;DEn) ausgeformt wird und zumindest eine Öffnung (A) in der Abdeckschicht (L) im Bereich des Durchgangslochs (D) für das Entfernen des Teilbereichs und/oder Opferschichten eingebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem die zweite Opferschicht (05) der zweiten Zwischenkomponenten (Z2) strukturiert wird, derart dass zumindest ein Teilbereich (STS) von Zwischengräben (GZ) umgeben wird, wobei die dritte Opferschicht (06) die Zwischengräben (GZ) auffüllt und den Teilbereich zwischen den Zwischengräben vom Rest der zweiten Opferschicht (05) separiert, und wobei bei einem Entfernen der zweiten Opferschicht (05) der zweiten Zwischenkomponente (Z2) der Teilbereich zwischen den Zwischengräben zumindest teilweise verbleibt.
14. Mikromechanische Fabry-Perot-Interferometervorrichtung (FPI) umfassend ein erstes Spiegelelement (SP1) mit einer Spiegelschichtenfolge und ein zweites Spiegelelement (SP2) mit einer Spiegelschichtenfolge, wobei das erste Spiegelelement (SP1) und das zweite Spiegelelement (SP2) in einem Abstand (d) zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand (d) variierbar ist und wobei das erste und/oder das zweite Spiegelelement (SP1; SP2) nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 8 bis 13 ausgeformt sind.
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