Beschreibung

Titel

Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und mikromechanisches Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes mikromechanisches Bauteil.

Stand der Technik

Ein mikromechanisches Bauteil mit einem verstellbaren Stellelement benutzt zum Verstellen des

Stellelements häufig einen elektrostatischen Antrieb aus zwei Elektrodeneinheiten. Durch das Anlegen einer Spannung zwischen der statischen Elektrodeneinheit und der beweglich dazu ausgebildeten E- lektrodeneinheit erfährt die bewegliche Elektrodeneinheit, beispielsweise ein Elektrodenkamm, eine Kraft in Richtung der statischen Elektrodeneinheit, welche ebenfalls ein Elektrodenkamm sein kann. Auf diese Weise wird das mit der beweglichen Elektrodeneinheit gekoppelte Stellelement über den elektrostatischen Antrieb verstellt. Ein derartiger elektrostatischer Antrieb wird beispielsweise oft in einem Mikrospiegel zum Verstellen der Spiegelplatte verwendet.

Allerdings erfordert die zunehmende Miniaturisierung eines mikromechanischen Bauteils auch eine reduzierte Größe der beiden Elektrodeneinheiten des elektrostatischen Antriebs. Dies kann wiederum zu Problemen beim Anordnen der beiden Elektrodeneinheiten zueinander führen. Für eine quasistatische Ansteuerung, welche bevorzugt wird, müssen die beiden Elektrodeneinheiten in zwei Ebenen übereinander angeordnet werden. Dies erschwert allerdings die Herstellung der beiden Elektrodeneinheiten. Insbesondere steigert die Verwendung von teueren Silicon-On-Isolator (SOI) Substraten bei der Herstellung der beiden Elektrodeneinheiten die Herstellungskosten für ein mikromechanisches Bauteil.

Es ist deshalb wünschenswert, über ein kostengünstiges und/oder einfach herstellbares mikromechanisches Bauteil mit einem quasistatisch betreibbaren elektrostatischen Antrieb zu verfügen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, eine erste Elektrodeneinheit mittels eines Biegens eines an der ersten Elektrodeneinheit befestigten Stützelements, welches mindestens eine Untereinheit aus einem Material mit einer Zug- oder Druckspannung umfasst, aus der Ebene der zweiten Elektrodeneinheit herauszuheben. Dabei wird die erste Elektrodeneinheit ohne eine Fremdkrafteinwirkung, wie beispielsweise einem extern auf die erste Elektrodeneinheit ausgeübten Druck, nur durch die Druck- und/oder Zugspannung der mindestens einen Untereinheit des Stützelements verstellt.

Die Eigenspannungen der ersten Untereinheit und der zweiten Untereinheit sind extrinsische und/oder intrinsische Spannungen. Beispielsweise bewirkt eine Differenz der Temperaturausdehnungskoeffizienten der beiden Untereinheiten eine extrinsische Spannung. Bei einer epitaktischen Schicht als mindestens eine Untereinheit können auch durch Gitterfehlanpassungen eine extrinsische Spannung erzeugt werden. Intrinsische Spannungen sind hingegen mit Gitterfehlern verbunden, die während eines Wachstums in die Kristalle eingebaut werden.

Beispielsweise wird die erste Untereinheit aus einem ersten Material mit einem ersten Temperaturausdehnungskoeffizienten und die zweite Untereinheit aus einem zweiten Material mit einem von dem ersten Temperaturausdehnungskoeffizienten abweichenden zweiten Temperaturausdehnungskoeffizienten gebildet. Als Alternative dazu können die erste Untereinheit und die zweite Untereinheit so gebildet werden, dass die erste Untereinheit als erste Eigenspannung eine erste intrinsische Spannung und die zweite Untereinheit als zweite Eigenspannung eine von der ersten intrinsischen Spannung abweichende zweite intrinsische Spannung aufweisen. Mit einer dieser einfach ausführbaren Methoden kann die erste Elektrodeneinheit ohne eine Fremdkrafteinwirkung verstellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Elektroden-Material-Schicht auf das Grundsubstrat aufgebracht, wobei die erste Elektrodeneinheit und mindestens eine von der ersten Elektrodeneinheit elektrisch isolierte zweite Elektrodeneinheit aus der Elektroden-Material-Schicht gebildet werden. Somit ist es möglich, zwei voneinander elektrisch isolierte Elektrodeneinheiten aus der Elektroden- Material- Schicht herzustellen und anschließend die erste Elektrodeneinheit mittels des Biegens des Stützelements gegenüber der zweiten Elektrodeneinheit zu verstellen. Zum Herstellen der mindestens zwei Elektrodeneinheiten sind somit nur ein Ausgangswafer und eine Elektroden-Material-Schicht nötig. Nach dem Herstellungsverfahren können Kontaktelemente zum Anlegen einer elektrischen

Spannung an die beiden Elektrodeneinheiten gebildet werden. Wird zu einem späteren Zeitpunkt eine elektrische Spannung zwischen die stationäre und die dazu bewegliche Elektrodeneinheit angelegt, so wird die bewegliche Elektrodeneinheit in Richtung der stationären Elektrodeneinheit gezogen. Ein an die bewegliche Elektrodeneinheit gekoppeltes Verstellelement ist auf diese Weise verstellbar.

Beispielsweise wird aus der Elektroden-Material-Schicht ein Verbindungsteil als die erste Untereinheit des Stützelements gebildet, wobei mindestens eine Schicht als die zweite Untereinheit auf dem Verbindungsteil gebildet wird. Durch die hier vorgestellte Prozessierung können die beiden Elektrodeneinheiten und das Verbindungsteil in einer Ebene so strukturiert werden, dass sich die Formen der mindestens zwei Elektrodeneinheiten und des Verbindungsteils aneinander anpassen.

Vorzugsweise wird das Verbindungsteil so gebildet, dass das Verbindungsteil eine minimale Höhe senkrecht zu einer Oberfläche des Grundsubstrats aufweist, welche kleiner als eine minimale Höhe der ersten Elektrodeneinheit und/oder der zweiten Elektrodeneinheit senkrecht zu der Oberfläche des Grundsubstrats ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Verbindungsteil eine geringe Biegestei- figkeit aufweist und sich das Stützelement somit automatisch in den gewünschten Endzustand biegt.

In einer bevorzugten Weiterbildung werden als die mindestens eine Schicht eine erste Schicht (28), welche eine Druckspannung auf das Stützelement ausübt, und eine zweite Schicht, welche eine Zug- Spannung auf das Stützelement ausübt, auf dem Verbindungsteil gebildet. Dabei kann die erste Schicht ein Nitrid und/oder ein Metall, wie beispielsweise Titan, Wolfram, Tantal, umfassen. Ebenso kann die zweite Schicht Siliziumoxid umfassen. Damit ist gewährleistet, dass das Stützelement auf einfache Weise in einen gewünschten Endzustand ohne eine Fremdkrafteinwirkung biegbar ist. Insbesondere lassen sich die hier genannten Materialien für die erste und/oder zweite Schicht leicht auf eine Ober- fläche aufbringen und in eine gewünschte Form strukturieren.

Als weitere vorteilhafte Weiterbildung kann das Bilden des Stützelements folgende Schritte umfassen: Bilden einer unteren Lage mit der ersten Untereinheit und der zweiten Untereinheit, und Bilden einer oberen Lage mit einer über der ersten Untereinheit angeordneten dritten Untereinheit aus dem zweiten Material der zweiten Untereinheit und einer über der zweiten Untereinheit angeordneten vierten Untereinheit aus dem ersten Material der ersten Untereinheit. Auch ein derartiges Stützelement lässt sich ohne eine Fremdkrafteinwirkung in den gewünschten Endzustand biegen.

Vorteilhafterweise wird die erste Elektrodeneinheit aufgrund des Biegens des Stützelements aus der ersten Stellung mit einem ersten Abstand zu dem Grundsubstrat in die zweite Stellung mit einem zweiten Abstand zu dem Grundsubstrat verstellt, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist. Auf diese Weise können die aus der Elektroden-Material-Schicht hergestellten mindestens

zwei Elektrodeneinheiten so zueinander angeordnet werden, dass sich die statische und die bewegliche Elektrodeneinheit in zwei verschiedenen übereinander angeordneten Ebenen befinden. Auf die Verwendung von teueren Silicon-On-Isolator (SOI) Substraten kann damit verzichtet werden. Zum Herstellen und Anordnen der beiden Elektrodeneinheiten sind deshalb nur wenige Prozessschritte not- wendig. Dies reduziert die Herstellungskosten für die mindestens zwei Elektrodeneinheiten. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der mindestens zwei Elektrodeneinheiten in einem Waferprozess, bei welchem auf einem Wafer viele Einzelbauteile prozessiert und anschließend vereinzelt werden, was die Herstellungskosten zusätzlich reduziert.

Beispielsweise wird das Stützelement so gebildet, dass das Stützelement in einem Ausgangszustand eine erste Oberfläche aufweist, welche parallel zu einer Oberfläche der Elektroden-Material-Schicht und/oder der Oberfläche des Grundsubstrats ausgerichtet ist, wobei das Stützelement aufgrund der Differenz zwischen der ersten Eigenspannung und der zweiten Eigenspannung in einen Endzustand gebogen wird. In dem Endzustand weist das Stützelement eine gebogene Oberfläche auf. Der Endzu- stand des Stützelements ist so festgelegt, dass die erste Elektrodeneinheit weg von dem Grundsubstrat gehoben wird. Vorzugsweise wird die erste Elektrodeneinheit vollständig aus der Ebene der zweiten Elektrodeneinheit herausgehoben. Der Abstand zwischen dem Grundsubstrat und der ersten Elektro- deneinheit ist in diesem Fall größer als die Schichtdicke der Elektroden-Material-Schicht. Das Biegen des Stützelements aus dem Ausgangszustand in den Endzustand erfolgt ohne eine Fremdkrafteinwir- kung lediglich durch die Zug- und/oder Druckspannung der mindestens einen Untereinheit. Insbesondere ist das Stützelement in dem Endzustand S-förmig gebogen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Stützelement in dem Ausgangszustand zumindest teilweise mäanderförmig gebildet. Diese mäanderförmige Form erlaubt es, ein Stützelement mit einer vergleichsweise langen Mittellängslinie auf einer kleinen Fläche anzuordnen. Durch die vergleichsweise lange Mittellängslinie des Stützelements mit einer vorgegebenen Steigung wird ein Herausheben der ersten Elektrodeneinheit um eine relativ große Höhendifferenz beim Biegen des Stützelements erreicht.

In einer Weiterbildung des Herstellungsverfahrens umfasst das Bilden des Stützelements ein Aufbringen der mindestens einen Schicht aus dem Material mit der Zug- oder Druckspannung auf eine Teiloberfläche der Elektroden-Material-Schicht, und ein Unterteilen der Elektroden-Material-Schicht zum Bilden eines Verbindungsteils aus der Elektroden-Material-Schicht, welches die erste Elektrodeneinheit mit dem Grundsubstrat verbindet. Die hier genannten Verfahrensschritte lassen sich einfach und kostengünstig ausführen.

Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch bei einem entsprechenden mikromechanischen Bauteil gewährleistet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. IA bis IC eine Draufsicht und zwei Querschnitte zum Darstellen einer ersten Ausführungs- form des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 2 einen Querschnitt zum Darstellen einer Funktionsweise der ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 3 A und B eine Draufsicht und einen Querschnitt zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 4 einen Querschnitt zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 5 einen Querschnitt zum Darstellen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 6 ein Flussdiagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Herstel- lungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil;

Fig. 7 ein Flussdiagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; und

Fig. 8 ein Flussdiagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

Ausführungsformen der Erfindung

Die in den folgenden Absätzen beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils lassen sich beispielsweise in einem Head-up-Display im Kraftfahrzeug-Bereich einsetzen. Ebenso können die Ausführungsformen in Miniprojektoren im Consumer-Bereich eingesetzt werden. Denkbar

ist auch eine Verwendung der Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils als Schalter in optischen Netzwerken (optical-cross connect) oder als Oberflächenscanner.

Fig. IA bis IC zeigen eine Draufsicht und zwei Querschnitte zum Darstellen einer ersten Ausfüh- rungsform des mikromechanischen Bauteils.

Fig. IA zeigt eine Draufsicht auf eine Teiloberfläche eines mikromechanischen Bauteils 10 oberhalb einer Symmetrieachse 11. Das mikromechanische Bauteil 10 weist als verstellbares Stellelement eine Spiegelplatte 12 auf. Die hier beschriebene Ausführungsform ist jedoch nicht auf die Spiegelplatte 12 als Stellelement beschränkt. Anstelle der Spiegelplatte 12 kann das mikromechanische Bauteil 10 auch ein anderes Stellelement, beispielsweise eine Mikropinzette oder einen Schalter mit einem kapazitiven oder einem ohmschen Kontakt, aufweisen.

Die Spiegelplatte 12 ist an eine erste Elektrodeneinheit 14 gekoppelt, welche gegenüber einem Grund- substrat 16 des mikromechanischen Bauteils 10 verstellbar ist. Demgegenüber sind eine zweite Elektrodeneinheit 18 und eine dritte Elektrodeneinheit 20 unverstellbar zum Grundsubstrat 16 angeordnet. Die Elektrodeneinheiten 14, 18 und 20 sind in dem dargestellten Beispiel als Kammelektroden ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen bestimmten Elektrodentyp oder eine bestimmte Anzahl von Elektrodenfingern 14a, 18a oder 20a der Elektrodeneinheiten 14, 18 oder 20 be- schränkt.

Die Elektrodeneinheiten 14, 18 und 20 sind so ausgelegt, dass eine Spannung zwischen den beiden Elektrodeneinheiten 14 und 18 oder zwischen den beiden Elektrodeneinheiten 14 und 20 anlegbar ist. Liegt keine Spannung zwischen den Elektrodeneinheiten 14, 18 oder 20 an, so befindet sich die erste Elektrodeneinheit 14 in einer Ausgangsstellung über den beiden Elektrodeneinheiten 18 und 20. In der Ausgangsstellung wird die erste Elektrodeneinheit 14 zusammen mit der Spiegelplatte 12 mittels mehrerer Stützelemente 22 von den auf dem Grundsubstrat 16 ausgebildeten Sockelelementen 24 abgestützt.

Fig. IB zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie A-A' der Fig. IA zum Darstellen der Funktionsweise der Stützelemente 22. Die Linie A-A' verläuft dabei durch die Mittellängslinie der gezeigten Stützelemente 22.

Die gezeigten Stützelemente 22 weisen Verbindungsteile 23 auf, welche an je einem ihrer Enden an einem der beiden Sockelelemente 24 befestigt sind. Die anderen Enden der Verbindungsteile 23 der Stützelemente 22 sind fest an der ersten Elektrodeneinheit 14 angeordnet. Vorzugsweise sind die

Spiegelplatte 12, die erste Elektrodeneinheit 14, die Verbindungsteile 23 und die beiden Sockelelemente 24 einstückig miteinander ausgebildet.

Die Sockelelemente 24 sind innerhalb der Ebene der zweiten Elektrodeneinheit 18 und der dritten Elektrodeneinheit 20 angeordnet. Vorzugsweise weisen die Sockelelemente 24 eine Ausdehnung senkrecht zur Oberfläche des Grundsubstrats 16 auf, welche gleich der Ausdehnung der Elektrodeneinheiten 18 und 20 senkrecht zur Oberfläche des Grundsubstrats 16 ist. Die Sockelelemente 24 und die Elektrodeneinheiten 18 und 20 sind mittels der auf der Oberfläche des Grundsubstrats 16 ausgebildeten Restbereiche 26 einer teilweise geätzten Nivellierschicht von dem Grundsubstrat 16 elektrisch isoliert.

Um die erste Elektrodeneinheit 14 und die Spiegelplatte 12 aus der Ebene der Sockelelemente 24, der zweiten Elektrodeneinheit 18 und der dritten Elektrodeneinheit 20 herauszuheben, sind die beiden Stützelemente 22 entsprechend gebogen. Dazu ist eine Oberfläche eines jeden Verbindungsteils 23 zumindest teilweise mit einer ersten Schicht 28 aus einem Material mit einer Druckspannung und mit einer zweiten Schicht 30 aus einem Material mit einer Zugspannung bedeckt. Die beiden Schichten 28 und 30 sind vorzugsweise so auf jedes der beiden gezeigten Verbindungsteile 23 aufgebracht, dass die Schicht 28 aus dem Material mit der Druckspannung eine Teiloberfläche des Stützelements 22 nahe der ersten Elektrodeneinheit 14 bildet. Demgegenüber bildet die Schicht 30 aus dem Material mit der Zugspannung eine Teiloberfläche des Stützelements 22, welche nahe dem Sockelelement 24 liegt.

Die Schichten 28 und 30 bestehen aus zwei verschiedenen Materialien, wobei ein erstes Material einen Temperaturausdehnungskoeffizienten größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbin- dungsteile 23 hat und ein zweites Material einen Temperaturausdehnungskoeffizienten kleiner als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 hat. Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass keine der beiden Schichten 28 und 30 einen Temperaturausdehnungskoeffizienten gleich dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Verbindungsteile 23 aufweist. Der Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 ist beispielsweise der Temperaturausdehnungskoeffizient von Polysilizium.

Beispielsweise werden die Schichten 28 und 30 bei einer Temperatur unter der Betriebstemperatur des mikromechanischen Bauteils 10 auf die Verbindungsteile 23 aufgebracht. Die erste Schicht 28 mit der Druckspannung ist in diesem Fall ein Material, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 ist. Dies führt dazu, dass sich die erste Schicht 28 stärker als die Verbindungsteile 23 ausdehnt und dabei die Stützelemente in eine der ersten Schicht 28 entgegen gerichtete Richtung biegt. Entsprechend wird als zweite Schicht 30 zur Erzeugung der Zugspannung ein Material mit einem Temperaturausdehnungskoeffizient größer als

dem Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 verwendet. Bei einer Abkühlung schrumpft die Schicht 30 stärker als die Verbindungsteile 23 aus und bewirkt somit ein Biegen der Stützelemente 22 in Richtung der Schicht 30.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Schichten 28 und 30 bei einer Temperatur über der Betriebstemperatur des mikromechanischen Bauteils 10 auf die Verbindungsteile 23 aufzubringen. Die erste Schicht 28 mit der Druckspannung ist dann ein Material mit einem Temperaturausdehnungskoeffizient kleiner als dem Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 und die zweite Schicht 30 mit der Zugspannung ist ein Material, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient größer als der Temperaturausdehnungskoeffizient der Verbindungsteile 23 ist.

Aufgrund der aufgebrachten Schichten 28 und 30 wirkt ein Bimorph-Effekt auf jedes der Stützelemente 22. Der Bimorph-Effekt gleicht dem Bimetall-Effekt, ist jedoch nicht auf die Verwendung von Metallen zur Beschichtung der Oberflächen der Verbindungsteile 23 beschränkt. Durch den Bimorph- Effekt wird jedes Stützelement 22 so gebogen, dass seine Form angenähert als S-förmig beschreibbar ist. Die Schicht 28 mit der Druckspannung drückt die von der ersten Elektrodeneinheit 14 abgewandten Bereiche des Stützelements 22 in Richtung des Grundsubstrats 16. Demgegenüber zieht die Schicht 30 mit der Zugspannung die Bereich des Stützelements 22 nahe der ersten Elektrodeneinheit 14 in eine Richtung weg von dem Grundsubstrat 16. Auf diese Weise werden die Stützelemente 22 so gebogen, dass die erste Elektrodeneinheit 14 und die Spiegelplatte 12 aus der Ebene der beiden gezeigten Sockelelemente 24 und der Elektrodeneinheiten 18 und 20 herausragen.

Der minimale Abstand dl zwischen der ersten Elektrodeneinheit 14 in der Ausgangsstellung und dem Grundsubstrat 16 ist somit deutlich größer als der minimale Abstand d2 der zweiten Elektrodeneinheit 18 zum Grundsubstrat 16, bzw. der dritten Elektrodeneinheit 20 zum Grundsubstrat 16. Vorzugsweise ist der minimale Abstand dl größer als ein Abstand d3 einer von dem Grundsubstrat 16 abgewandten Fläche der Elektrodeneinheit 18 oder der Elektrodeneinheit 20 zum Grundsubstrat 16.

Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herausdrücken der ersten Elektrodeneinheit 14 und der Spiegelplatte 12 aus der Ebene der Elektrodeneinheiten 18 und 20 und der Sockelelemente 24 ohne eine Fremdkrafteinwirkung lediglich aufgrund der Druckspannung der Schicht 28 und/oder der Zugspannung der Schicht 30 erfolgt. Wie weiter unten genauer ausgeführt wird, ist es somit möglich, die Elektrodeneinheiten 14, 18 und 20, die Spiegelplatte 12, die Verbindungsteile 23 und die Sockelelemente 24 aus einer Elektroden-Material-Schicht, welche auf das Grundsubstrat 16 mit einer isolie- renden Oberfläche aufgebracht wird, herzustellen.

In einer Weiterbildung der ersten Ausführungsform kann eine Aussparung mit den Grenzlinien 32 in das Grundsubstrat 16 geätzt werden. Anschließend kann eine von den Schichten 28 und 30 weggerichtete Seite der Stützelemente 22 mit mindestens einer weiteren Schicht 28 oder 30 aus einem Material mit einer Zug- oder Druckspannung zumindest teilweise bedeckt werden. Auf diese Weise kann die Hub Wirkung der Stützelemente 22 auf die erste Elektrodeneinheit 14 und die Spiegelplatte 12 verstärkt werden.

Fig. IC zeigt einen Querschnitt zum Darstellen einer Funktionsweise der ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Der Querschnitt verläuft dabei entlang der Linie B-B' der Fig. IA . Da- bei liegt zwischen den Elektrodeneinheiten 14, 18 oder 20 keine Spannung U an.

In der Ausgangsstellung verläuft die erste Elektrodeneinheit 14 parallel zur Oberfläche des Grundsubstrats 16. Entsprechend ist auch die Spiegelplatte 12 in ihrer Ausgangsstellung bei keinem Potentialunterschied zwischen den Elektrodeneinheiten 14, 18 oder 20 parallel zur Oberfläche des Grundsubstrats 16 ausgerichtet.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt zum Darstellen einer Funktionsweise der ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Der Querschnitt verläuft dabei entlang der Linie B-B' der Fig. IA. Dabei liegt zwischen den Elektrodeneinheiten 14 und 18 eine Spannung U ungleich Null an.

Aufgrund der zwischen den Elektrodeneinheiten 14 und 18 angelegten Spannung U wirkt ein Drehmoment M in Richtung der zweiten Elektrodeneinheit 18 auf die erste Elektrodeneinheit 14. Die erste Elektrodeneinheit 14 wird aus ihrer Ausgangslage um einen Verstellwinkel α um ihre Mittellängsachse gedreht. Dabei wird auch die an die erste Elektrodeneinheit 14 gekoppelte Spiegelplatte 12 aus ihrer Ausgangslage um den Verstellwinkel α mitgedreht. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Laserstrahl zum Projizieren eines Videobilds abgelenkt werden. Derartige Mikrospiegel werden beispielsweise im Consumer-Bereich oder in einem Kraftfahrzeug verwendet.

Fig. 3A und B zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt zum Darstellen einer zweiten Ausfüh- rungsform des mikromechanischen Bauteils.

Fig. 3A zeigt eine Draufsicht auf eine Teiloberfläche eines mikromechanischen Bauteils 40 oberhalb einer Symmetrieachse 41. Das mikromechanische Bauteil 40 weist die schon beschriebenen Komponenten 12 bis 20 und 24 auf. Allerdings sind die Stützelemente des mikromechanischen Bauteils 40 gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform anders ausgebildet.

Das dargestellte Stützelement des mikromechanischen Bauteils 40 umfasst zwei mäanderförmige Abschnitte 42 und eine Torsionsfeder 44. Jeder der beiden dargestellten mäanderförmigen Abschnitte 42 ist an einem Ende an einem Sockelelement 24 befestigt. Das andere Ende jedes mäanderförmigen Abschnitts 42 ist an der Torsionsfeder 44 befestigt, welche die erste Elektrodeneinheit 14 mit den beiden dargestellten mäanderförmigen Abschnitten 42 verbindet.

Jede der beiden mäanderförmigen Abschnitte 42 weist eine von dem Grundsubstrat 16 abgewandte Oberfläche auf, welche teilweise mit den oben schon genannten Schichten 28 und 30 bedeckt ist. Die Schicht 28 aus dem Material mit der Druckspannung erstreckt sich von der Torsionsfeder 44 zu einer Mitte des mäanderförmigen Abschnitts 42. Die dem Sockelelement 24 zugewandte Seite der Oberfläche des mäanderförmigen Abschnitts 42 ist mit der Schicht 30 aus dem Material mit der Zugspannung bedeckt. Wie oben schon beschrieben, weisen die Schichten 28 und 30 einen von dem Temperaturausdehnungskoeffizienten der Verbindungsteile 23 abweichenden Temperaturausdehnungskoeffizienten auf.

Aufgrund der mäanderförmigen Abschnitte 42 steht eine vergrößerte Oberfläche der Stützelemente zum Aufbringen der Schichten 28 und 30 zur Verfügung. Zusätzlich wird die Mittellängslinie der Stützelemente verlängert. Somit können die erste Elektrodeneinheit 14 und die Spiegelplatte 12 in einem größeren Abstand dl zum Grundsubstrat 16 gehoben werden. Durch diese Vergrößerung des Abstands dl ist eine größere Spiegelauslenkung möglich. Die Torsionsfeder 44 mit einer reduzierten Breite senkrecht zur Längsrichtung der Torsionsfeder 44 vereinfacht das Verstellen der ersten Elektrodeneinheit 14, bzw. der Spiegelplatte 12. Durch eine zusätzliche Verschmälerung, Verjüngung und/oder vertikale Abdünnung kann die Federsteifigkeit der Stützelemente 23 ebenso beeinflusst werden.

Auf der Oberfläche des Grundsubstrats 16 ist zusätzlich eine integrierte Schaltung 46 angeordnet. Mittels der integrierten Schaltung 46 können beispielsweise die Signale zum Ansteuern der Elektro- deneinheiten 14, 18 und 20 aufbereitet werden. Vorzugsweise wird die integrierte Schaltung 46 in einem monokristallinen Bereich der Funktionsschicht des Grundsubstrats 16 gebildet. Das Ausbilden der mäanderförmigen Abschnitte 42 gewährleistet, dass trotz der relativ langen Gesamtlänge des

Stützelements eine ausreichende Anbringfläche für die integrierte Schaltung 46 zur Verfügung steht.

Fig. 3B zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C der Fig. 3A. Zu erkennen sind dabei Restabschnitte 48 einer strukturierten Isolations- und/oder Opferschicht zwischen den Elektrodeneinheiten 18 und 20 und dem Grundsubstrat 16.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das dargestellte mikromechanische Bauteil 50 umfasst die oben schon beschriebenen Komponenten 12 bis 20 und 24. Im Gegensatz zu den oben erläuterten Ausführungsformen weisen die Stützelemente 52 des mikromechanischen Bauteils 50, bzw. die Verbindungsteile 23 der Stützelemente 52, jedoch eine minimale Höhe hl senkrecht zur Oberfläche des Grundsubstrats 16 auf, welche deutlich kleiner als eine minimale Höhe h2 des Sockelelements 24 oder kleiner als eine minimale Höhe h3 einer Elekt- rodeneinheit 14, 18 oder 20 senkrecht zur Oberfläche des Grundsubstrats 16 ist. Die minimale Höhe hl eines jeden Stützelements 52 kann beispielsweise durch einen zweistufigen Trenchprozess reduziert werden. Aufgrund der vergleichsweise kleinen minimalen Höhe hl der Stützelemente 52 wird der Bimorph-Effekt verstärkt, so dass die erste Elektrodeneinheit 14, bzw. die Spiegelplatte 12 weiter aus der Ebene der Komponenten 18, 20 und 24 herausgehoben wird. Zusätzlich sind die Elektrodeneinhei- ten 18 und 20 mittels einer strukturierten Oxidschicht 54 von dem Grundsubstrat 16 elektrisch isoliert.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt zum Darstellen einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das dargestellte mikromechanische Bauteil 60 hat die oben beschriebenen Komponenten 12 bis 20 und 24. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Stützelement 62 des mikromechanischen Bauteil 60 ausschließlich aus den Schichten 28 und 30 zusammengesetzt. Die als Spiegelaufhängung ausgebildeten Stützelemente 62 bestehen damit lediglich aus einem Bimorph.

Bei dem dargestellten mikromechanischen Bauteil 60 weist jedes Stützelement 62 eine untere Lage aus einem Abschnitt der Schicht 30 und einem Abschnitt der Schicht 28 auf. Auf die untere Lage ist eine obere Lage aufgebracht, wobei der Abschnitt der Schicht 28 der unteren Lage von einem Abschnitt der Schicht 30 der oberen Lage abgedeckt wird. Entsprechend deckt ein Abschnitt der Schicht 28 der oberen Lage den Abschnitt der Schicht 30 der unteren Lage ab.

Durch die ausschließliche Verwendung der Materialien der Schichten 28 und 30 zum Herstellen der Stützelemente 62 ist gewährleistet, dass sich die Stützelemente 62 automatisch ohne eine Fremdkraft- einwirkung in einen gewünschten Endzustand biegen. Der Endzustand in näherungsweise eine S-Form der Stützelemente 62. Nach dem Biegen der Stützelemente 62 in den Endzustand weisen die erste Elektrodeneinheit 14 und die Spiegelplatte 12 einen möglichst großen minimalen Abstand dl zum Grundsubstrat 16 auf.

Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

In einem ersten Schritt Sl des Verfahrens wird eine Elektroden-Material-Schicht, vorzugsweise PoIy- silizium oder ein kristallines Silizium, auf ein Grundsubstrat, vorzugsweise mit zumindest einer isolierenden Teiloberfläche, aufgebracht. Als Grundsubstrat kann ein Siliziumwafer verwendet werden, dessen Oberfläche, beispielsweise aufgrund einer thermischen Oxidierung, zumindest teilweise mit einem Oxid bedeckt ist. Unter dem Aufbringen einer Elektroden-Material-Schicht auf dem Grundsubstrat kann auch ein Bereitstellen eines SOI-Wafers verstanden werden.

In einem Schritt S2 wird zumindest eine erste Elektrodeneinheit und eine von der ersten Elektroden- einheit elektrisch isolierte zweite Elektrodeneinheit aus der Elektroden-Material-Schicht gebildet. In einem Schritt S3 wird mindestens ein Stützelement zum Abstützen der ersten Elektrodeneinheit von dem Grundsubstrat hergestellt. Der Schritt S3 kann vor, nach oder zumindest teilweise gleichzeitig mit dem Schritt S2 ausgeführt werden. Das hergestellte Stützelement umfasst mindestens eine Schicht aus einem Material mit einer Zug- oder Druckspannung. Beispielsweise wird die mindestens eine Schicht aus dem Material mit der Zug- oder Druckspannung auf ein aus der Elektroden-Material-Schicht geformtes Stützelement aufgebracht. Ebenso kann das Stützelements lediglich aus der mindestens einen Schicht aus dem Material mit der Zug- oder Druckspannung hergestellt werden.

In einem späteren Schritt S4 wird das Stützelement ohne eine Fremdkrafteinwirkung lediglich aufgrund der Zug- oder Druckspannung der mindestens einen Schicht gebogen. Dies bewirkt, dass die erste Elektrodeneinheit aus der Ebene der zweiten Elektrodeneinheit zumindest teilweise herausgehoben wird. Die erste Elektrodeneinheit weist nach dem Schritt S4 einen größeren Abstand zum Grund- substrat auf, als die zweite Elektrodeneinheit.

Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

In einem ersten Schritt SlO wird eine Opferschicht, beispielsweise ein Oxid, auf einer Oberfläche eines Grundsubstrats gebildet. Das Grundsubstrat ist vorzugsweise ein Siliziumwafer. Dann wird die oben schon beschriebene eine Elektroden-Material-Schicht auf die Opferschicht aufgebracht (Schritt Si l).

In einem weiteren Schritt S12 wird mindestens eine Schicht aus einem Material mit einer Zug- oder

Druckspannung auf zumindest einer Teiloberfläche der Elektroden-Material-Schicht abgeschieden und strukturiert. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Schritt S 12 die Teilschritte S 12a und

S 12b. In Teilschritt S 12a wird eine erste Schicht aus einem Material mit einer Zugspannung auf der Elektroden-Material-Schicht gebildet. Vorzugsweise umfasst die Schicht aus dem Material mit der Zugspannung ein Nitrid und/oder ein Metall, wie beispielsweise Titan, Wolfram und/oder Tantal. Vorzugsweise kann die erste Schicht aus dem Material mit der Zugspannung über ein CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) auf die Elektroden-Material-Schicht aufgebracht werden.

In dem Teilschritt S 12b wird eine zweite Schicht aus einem Material mit einer Druckspannung, vorzugsweise Siliziumoxid, auf der Oberfläche der Elektroden-Material-Schicht gebildet. Bei einer Elektroden-Material-Schicht aus Silizium kann die Schicht aus dem Material mit der Druckspannung mit- tels eines thermischen Oxidierungsschritts gebildet werden.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt Sl 3 wird mindestens ein ätzschritt ausgeführt, um die mindestens zwei elektrisch voneinander isolierten Elektrodeneinheiten und mindestens ein von der ersten und der zweiten Schicht zumindest teilweise bedecktes Stützelement aus der Elektroden-Material- Schicht zu bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden drei ätzschritte S13a, S13b und S13c ausgeführt. Der ätzschritt S13a ist ein Rückseiten-Trenchen mittels einer beispielsweise aus einem Lack oder einem Oxid zuvor hergestellten Trenchmaske. Als ätzstopp für das Rückseiten- Trenchen dient die Opferschicht. Die Opferschicht dient auch als ätzstopp für ein Vorderseiten- Trenchen mit einer Trenchmaske, beispielsweise aus einem Lack oder einem Oxid (ätzschritt S 13b).

In dem abschließenden ätzschritt S 13c wird die Opferschicht geätzt. Dies kann beispielsweise mittels eines HF-Gasphasenätzens, eines HF-Dampfätzens oder einem ätzen in einer wässrigen HF-haltigen Lösung erfolgen. Auf diese Weise werden die Anbindungsb er eiche der Elektroden und der Spiegelaufhängung nicht vollständig unterätzt, so dass sie am Grundsubstrat angebunden bleiben.

Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

In einem ersten Schritt S20 des Herstellungsverfahrens wird eine Isolierschicht, beispielsweise ein Oxid, auf einem Grundsubstrat gebildet. Die Isolierschicht wird anschließend strukturiert, wobei die Anbindungsstellen der später hergestellten Elektrodeneinheiten auf dem Grundsubstrat festgelegt werden. Dabei wird die Isolierschicht so strukturiert, dass die Elektrodenanbindungen später gegenüber dem Grundsubstrat elektrisch isoliert sind. Anschließend wird in einem Schritt S21 eine Opferschicht auf das Grundsubstrat aufgebracht und strukturiert. Die Opferschicht kann beispielsweise Silizium- germanium enthalten. Dann wird in einem Schritt S22 eine Elektroden-Material-Schicht auf dem Grundsubstrat mit der zumindest teilweise isolierenden Teiloberfläche gebildet. Die Elektroden- Material- Schicht kann beispielsweise Silizium oder Polysilizium enthalten.

Auf der Elektroden-Material-Schicht wird eine Schicht aus einem Material mit einer Zug- oder Druckspannung gebildet (Schritt S23). Beispielsweise wird, wie oben schon beschrieben, eine Schicht aus einem Material mit einer Zugspannung auf die Elektroden-Material-Schicht aufgebracht (Teilschritt S23a). Die Schicht aus dem Material mit der Zugspannung kann ein Nitrid und/oder ein Metall, beispielsweise Titan, Wolfram oder Tantal, umfassen. Auch der oben beschriebene Schritt eines Bildens einer Schicht aus einem Material mit einer Druckspannung, vorzugsweise Siliziumoxid, kann ausgeführt werden (Teilschritt S23b).

Anschließend wird mindestens ein ätzschritt S24 ausgeführt, um die mindestens zwei Elektrodenein- heiten und mindestens ein Stützelement zum Abstützen einer Elektrodeneinheit zu bilden. Beispielsweise wird zuerst ein Vorderseiten-Trenchen (Teilschritt S24a) mit einer Trenchmaske, beispielsweise aus Lack oder einem Oxid, ausgeführt, wobei die Opferschicht als ätzstopp dient. Als Alternative dazu kann auch in die Opferschicht oder durch die Opferschicht getrencht werden. Vorzugsweise wer- den dabei kleine ätzöffnungen in das Stellelement getrencht, damit die Unterätzung nicht zu groß wird. Danach erfolgt ein Opferschichtätzen (Teilschritt S24b), zum Beispiel mittels ClF ₃ oder XeF ₂ . Da Siliziumgermanium gegenüber ClF ₃ oder XeF ₂ eine deutlich höhere ätzrate besitzt als Silizium, kann es bei einem Opferschichtätzen vollständig von dem Substrat entfernt werden. Die Anbindungs- bereiche der Elektroden und der Spiegelaufhängung sind somit direkt am Grundsubstrat angebunden.

In den in den oberen Absätzen beschriebenen Ausführungsformen wurden die Schichten 28 und 30 mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten zum Biegen mindestens eines Stützelements verwendet. Selbstverständlich kann auch nur eine der beiden Schichten 28 und 30 zum Verformen eines Stützelements auf das Stützelement aufgebracht werden. Somit lassen sich die hier beschriebenen Ausführungsformen auch vereinfachen. Anstelle oder zusätzlich zu den verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten können sich die Untereinheiten des mindestens einen Stützelements auch in ihren intrinsischen Spannungen unterscheiden.