Beschreibung

Titel

Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

STAND DER TECHNI K

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement.

Mikromechanische Bauelemente werden herkömmlicherweise über elektrostatische oder elektromagnetische Antriebe verstellt. Beispielsweise ist bekannt, Mikrospiegel elektrostatisch mittels Kammaktoren oder Plattenaktoren - die jeweils so genannte Kamm- bzw. Plattenelektroden umfassen - von einer Ausgangsposition in eine Endposition zu verschwenken. Derartige Mikrospiegel werden für die optische Ablenkung von Lichtstrahlen z.B. in Projektoren oder

Scannern eingesetzt. Kammaktoren werden auch zur Anregung von Beschleunigungssensoren verwendet. Ein weiteres Anwendungsbeispiel für Plattenaktoren sind Mikropumpen. Im Falle eines elektromagnetischen Antriebs ist es üblich, Spulen auf den beweglichen Elementen wie z.B. einem Mikrospiegel und Permanentmagnete außerhalb der beweglichen Elemente anzubringen.

Eine Variante der Mikrospiegel ist so aufgehängt, dass sie sich um zwei zueinander senkrecht stehende Drehachsen verschwenken lässt. üblicherweise erfolgt die Aufhängung doppelt kardanisch, wobei der Mikrospiegel mittels eines

Paars von Torsionsfedern in einem Rahmen aufgehängt, und der Rahmen mittels eines weiteren Paars von Torsionsfedern an unbeweglichen Elementen aufgehängt ist. Für den Antrieb des Spiegels und der überwachung seiner Lage

gegenüber dem Rahmen mittels z.B. weiterer, als Sensor wirkender Elektroden sind elektrische Zuleitungen auf den Rahmen erforderlich.

Metallische Leiterbahnen auf den Torsionsfedern, an denen der Rahmen aufgehängt ist, müssen jedoch sehr schmal ausgeführt werden, da die verfügbare Oberfläche der Torsionsfedern klein ist. Dies bedingt einen hohen elektrischen Widerstand der Zuleitungen. Da Metall- Leiterbahnen typischerweise duktile Eigenschaften haben, dämpfen sie die Auslenkung des Rahmens und erniedrigen die Güte des aus dem Rahmen und den ihn tragenden Torsionsfedern gebildeten Schwingers. Dies hat zur Folge, dass zum resonanten

Antrieb des Spiegels höhere Auslenkkräfte mit entsprechend höheren Ansteuerspannungen und/oder -strömen benötigt werden, um die Dämpfung auszugleichen. Ansteuerspannung und -ström sind jedoch beschränkt, u. a. durch die begrenzte Oberfläche der Torsionsfedern, die die Breite und den Abstand der Leiterbahnen voneinander beschränken. Im Betrieb unterliegen die

Leiterbahnen zudem starken Zerrüttungen aufgrund der Verformung der sie tragenden Torsionsfedern.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, bei einem mikromechanischen

Bauelement mit einem Grund- und einem Schwenkteil, die durch mindestens zwei flexible Verbindungselemente wie z.B. Torsionsfedern oder elastische Biegebalken beweglich miteinander verbunden sind, die flexiblen Verbindungselemente selbst leitfähig auszubilden, so dass sie als Zuleitungen dienen können, ohne dass metallische Leiterbahnen auf den

Verbindungselementen ausgebildet zu werden brauchen. Dabei weist das Schwenkteil einen leitfähigen Werkstoff und eine Isolierung auf, die zwei Abschnitte des Schwenkteils relativ zueinander elektrisch isoliert. Von den beiden Verbindungselementen ist ein erstes am Schwenkteil in dessen erstem

Abschnitt angebunden, während ein zweites am Schwenkteil in dessen zweitem Abschnitt angebunden ist.

Da das Schwenkteil selbst einen leitfähigen Werkstoff aufweist, besteht jeweils eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten

Verbindungselement und dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Schwenkteilabschnitt, an dem dieses an das Schwenkteil angebunden ist. Dies ermöglicht, aufseiten des Schwenkteils den leitfähigen Werkstoff des Schwenkteils im entsprechenden ersten oder zweiten Schwenkteilabschnitt zu kontaktieren, z.B. durch Leiterbahnen, und auf diese Weise eine elektrische

Verbindung zum Grundteil herzustellen, die über das erste bzw. zweite Verbindungselement verläuft. Die Verbindungselemente selbst bleiben dabei frei von Leiterbahnen und Kontakten.

Die elektrische Isolierung des ersten und zweiten Schwenkteilabschnitts relativ zueinander verhindert, dass die beiden Verbindungselemente über den leitfähigen Werkstoff des Schwenkelements elektrisch kurzgeschlossen werden. Dies ermöglicht, zwei Zuleitungen über die beiden Verbindungselemente zu führen, die elektrisch voneinander unabhängig sind. Beispielsweise ist es möglich, eine Antriebselektrode zum Antrieb des Schwenkteils und eine

Sensorelektrode zur Bestimmung einer aktuellen Schwenkposition des Schwenkteils über jeweils eines der Verbindungselemente zu führen. Durch Vorsehen weiterer Verbindungselemente erhöht sich entsprechend die Zahl möglicher elektrisch unhabhängiger Zuleitungen.

Da die elektrischen Verbindungen ohne dämpfende Leiterbahnen auf den Verbindungselementen bereitgestellt werden, sind bei gegebener Ansteuerspannung besonders große Auslenkwinkel des Schwenkteils erzielbar, insbesondere wenn das Schwenkteil zu einer resonanten Schwingung angeregt wird. Umgekehrt kann daher auch die Ansteuerspannung gesenkt werden, um eine ausreichende Auslenkung zu erzielen, so dass der Leistungsverbrauch und die Wärmeentwicklung des Bauelements sinken. Alternativ kann auch die Federsteifigkeit der Verbindungselemente erhöht werden, um bei unveränderter Ansteuerspannung mit größerem Drehmoment gleiche Auslenkwinkel zu

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erzielen. Dies bewirkt eine besonders niedrige Empfindlichkeit gegenüber äußeren Störungen, vorteilhaft kurze Rücklaufzeiten des Schwenkteils, sowie hohe Festigkeit gegenüber mechanischem Schock und elektrostatischem Kollaps.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das erste und/oder das zweite Verbindungselement den gleichen elektrisch leitfähigen Werkstoff auf, wie das Schwenkteil. Dies hat den Vorteil, dass sich das erste bzw. zweite Verbindungselement und das Schwenkteil in einem Herstellungsschritt aus demselben Werkstoffblock bilden lassen. Weiterhin besteht insbesondere bei einstückiger Herstellung ein niedriger Kontaktwiderstand zwischen dem ersten bzw. zweiten Verbindungselement einerseits und dem jeweiligen Schwenkteilabschnitt, an dem dieses angebunden ist, andererseits.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Schwenkteilisolierung, die auf dem Schwenkteil den ersten und zweiten Schwenkteilabschnitt voneinander isoliert, einen Isolationsgraben zwischen dem ersten und zweiten Schwenkteilabschnitt. Auf diese Weise können die Schwenkteilabschnitte durch Anwendung eines einfach durchzuführenden Grabenätzverfahrens auf eine Wafer-Oberfläche in einer gewünschten geometrischen Form ausgebildet werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Schwenkteil ein leitfähiges Substrat auf. Die Schwenkteilisolierung umfasst eine Isolationsschicht, die den ersten und zweiten Schwenkteilabschnitt gegenüber dem leitfähigen Substrat isoliert. Dies hat den Vorteil, dass aus dem leitfähigen Substrat z.B. Elektrodenblöcke und andere elektrisch leitende Elemente geformt sein können, ohne dass deren geometrische Anordnung entlang der Substratseite der Isolationsschicht die geometrische Anordnungsmöglichkeiten des ersten und zweiten Schwenkteilabschnitts auf der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Isolationsschicht einschränkt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist auf dem Schwenkteil eine Leiterbahn ausgebildet, die den ersten Schwenkteilabschnitt durch eine öffnung in der

Isolationsschicht mit dem leitfähigen Substrat verbindet. Dies hat den Vorteil, dass der unterhalb der öffnung liegende Substratbereich, wie z.B. eine in diesem Bereich aus dem Substrat gebildete Elektrode, über die Leiterbahn, den ersten Schwenkteilabschnitt und das erste Verbindungselement mit dem Grundteil elektrisch verbunden ist, so dass er z.B. von der Seite des Grundteils aus mit einer Ansteuerspannung beaufschlagt werden kann. Insbesondere wird ermöglicht, auch einen Substratbereich zu kontaktieren, der nicht unterhalb des ersten Schwenkteilabschnitts liegt, wenn die Leiterbahn über den Isolationsgraben geführt ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Grundteil eine Grundteilisolierung auf, die einen ersten und zweiten leitfähigen Grundteilabschnitt gegeneinander elektrisch isoliert. Das erste Verbindungselement verbindet den ersten Schwenkteilabschnitt mit dem ersten Grundteilabschnitt, und das zweite Verbindungselement den zweiten

Schwenkteilabschnitt mit dem zweiten Grundteilabschnitt. Damit besteht jeweils eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten Verbindungselement und dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Grundteilabschnitt, an dem dieses an das Grundteil angebunden ist. Dies ermöglicht, aufseiten des Grundteils den entsprechenden leitfähigen Grundteilabschnitt zu kontaktieren, z.B. durch Leiterbahnen, und auf diese Weise eine elektrische Verbindung zum Schwenkteil herzustellen, die über das erste bzw. zweite Verbindungselement verläuft. Die Verbindungselemente selbst bleiben beidseitig frei von Kontakten und Leiterbahnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Substratwafers, der eine leitfähige Deckschicht aufweist, ätzen eines Isolationsgrabens in die Deckschicht, der einen ersten und zweiten Abschnitt der Deckschicht gegeneinander isoliert, sowie Ausbilden eines Grundteils und eines den ersten und zweiten Abschnitt der Deckschicht umfassenden Schwenkteils aus dem Substratwafer, unter Belassen eines ersten flexiblen, elektrisch leitfähigen Verbindungselements, das das Grundteil mit dem ersten Schwenkteilabschnitt verbindet, und eines zweiten flexiblen, elektrisch leitfähigen

Verbindungselements, das das Grundteil mit dem zweiten Schwenkteilabschnitt verbindet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste und/oder das zweite Verbindungselement aus der leitfähigen

Deckschicht gebildet. Auf diese Weise ist das Schwenkteil um eine in der Deckschicht parallel zur Waferebene verlaufende Schwenkachse verschwenkbar, so dass z.B. mittels aus dem Substrat gebildeter Elektroden ein hohes Drehmoment um die Schwenkachse erzeugt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das ätzen des Isolationsgrabens isotrop. Dies hat den Vorteil, dass Seitenwände des Isolationsgrabens einen schrägen Verlauf erhalten, so dass Leiterbahnen auf der Deckschicht aufbringbar sind, die den Isolationsgraben überqueren.

ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine übersichtsartige Draufsicht auf ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 markierten Detailausschnitts des mikromechanischen Bauelements aus Fig. 1;

Fig. 2B eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 markierten Detailausschnitts für eine weitere, abgewandelte Ausführungsform eines mikromechanischen Bauelements;

Fig. 3A eine ausschnitthafte Querschnittsansicht des mikromechanischen Bauelements aus Fig. 1 und 2A;

Fig. 3B eine ausschnitthafte Querschnittsansicht des mikromechanischen Bauelements aus Fig. 1 und 2A, in einem ausgelenkten Zustand;

Fig. 4 eine übersichtsartige Draufsicht auf ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine übersichtsartige Draufsicht auf ein mikromechanisches Bauelement gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFüHRUNGSBEISPI ELE

In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.

Figur 1 zeigt in übersichtsartiger Draufsicht eine Mikrospiegelvorrichtung 100, die ein mikromechanisches Bauelement 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Figur 2A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 mit A/B markierten

Detailausschnitts der Mikrospiegelvorrichtung aus Fig. 1. Die Mikrospiegelvorrichtung 100 ist aus einem mehrschichtigen Wafer gefertigt, der ein leitfähiges Substrat wie z.B. geeignet dotiertes Silizium oder ein anderes Halbleitermaterial, eine leitfähige, dünnere Deckschicht 300 aus einem gleichen oder abweichenden Werkstoff und eine isolierende, z.B. aus Siliziumoxid bestehende Zwischenschicht zwischen dem Substrat und der Deckschicht 300 aufweist. Die Draufsicht von Fig. 1 und 2A entspricht einem Blick von oben, senkrecht zur Waferebene, auf die Deckschicht 300.

Die Mikrospiegelvorrichtung 100 umfasst ein Grundteil 102, das rahmenartig ein von diesem durch einen durchgängigen Spalt 130 getrenntes Schwenkteil 104 umgibt. Das

Schwenkteil 104 ist mittels der übersichtlichkeit halber nur in der Detailansicht von Fig. 2A gezeigter Torsionsfedern 112, 114 federnd am Grundteil 102 aufgehängt und gegenüber dem Grundteil 102 um eine von den Torsionsfedern 112, 114 definierte Achse 136 in die Zeichenebene hinein verschwenkbar. Insgesamt weist die

Mikrospiegelvorrichtung vier Torsionsfedern 112, 114 entlang der Achse 136 auf, von denen eine erste 112 und eine zweite 114 Torsionsfeder in einem in Fig. 2A gezeigten ersten Aufhängungsbereich 132 und zwei weitere Torsionsfedern in einem zweiten Aufhängungsbereich 134 angeordnet sind. Die Achse 136 verläuft in der Mitte des Spalts 130 zwischen dem Grund- 102 und Schwenkteil 104 in den

Aufhängungsbereichen 132, 134 auf Höhe der Deckschicht 300. Die Torsionsfedern 112, 114 sind an Vorsprüngen 154, 156 aufgehängt, die vom Schwenk- 104 bzw. vom Grundteil 102 über die Achse 136 hinaus in den Spalt 130 ragen.

Das Schwenkteil 104 weist zwischen den beiden Aufhängungsbereichen 132, 134 einen beispielhaft rechteckigen inneren Rahmen 128 auf, innerhalb dessen eine beispielhaft kreisförmige Spiegelplatte 122 zwischen zwei weiteren Torsionsfedern 124, 126 aufgehängt ist. Die weiteren Torsionsfedern 124, 126 sind entlang einer zur Achse 136 senkrecht verlaufenden weiteren Achse 138 angeordnet, so insgesamt eine doppelt kardanische Aufhängung 112, 114, 128, 124, 126 der Spiegelplatte 122 am

Grundteil 102 resultiert.

In den beiden Aufhängungsbereichen 132, 134 stehen sich entlang einer Ebene, die senkrecht zur Zeichenebene durch die Achse 136 verläuft, ein Elektrodenblock 144 des Schwenkteils 104 und ein Elektrodenblock 146 des Grundteils 102 gegenüber.

Beide Elektrodenblöcke 144, 146 sind aus dem Substrat des Wafers geformt und enthalten jeweils eine Schar paralleler Plattenelektroden 140, 142, von denen jede in einer senkrecht zur Achse 136 verlaufenden Ebene angeordnet ist. Weil in der gezeigten Draufsicht die Elektrodenblöcke 144, 146 von der darüberliegenden Deckschicht 300 verdeckt werden, sind die Umrisse der Plattenelektroden 140, 142 gestrichelt wiedergegeben. Jeweils einer Plattenelektrode 140 des Schwenkteils 104 steht eine Lücke 148 zwischen zwei Plattenelektroden 142 des Grundteils 102 gegenüber, die breiter als die Plattenelektrode 142 ist, so dass im Betrieb der Mikrospiegelvorrichtung bei Verschwenken des Schwenkteils 104 um die Achse 136 in die Zeichenebene hinein sich beide Elektrodenblöcke 144, 146 berührungslos ineinanderschieben.

Jeweils an der einem der Achse 136 abgewandten Seite der Elektrodenblöcke 144, 146 schließt sich ein massiver Substratblock 150 bzw. 152 an den entsprechenden

Elektrodenblock 144, 146 an, der die Plattenelektroden 140, 142 abstützt. Die Plattenelektroden 140 bzw. 142 jedes der beiden Blöcke 144, 146 sind untereinander über die abstützenden Substratblöcke 150, 152 elektrisch verbunden. Oberhalb der Elektrodenblöcke 140, 142 und der massiven Substratblöcke 150, 152 verlaufen die isolierende Zwischenschicht und auf dieser die leitfähige Deckschicht 300, so dass in der gezeigten Draufsicht der Blick auf die Plattenelektroden 140, 142 von der Deck- 300 und Zwischenschicht verdeckt ist.

In die Deckschicht 300 sind aufseiten des Schwenkteils 104 Isolationsgräben 106 geätzt, die bis zur isolierenden Zwischenschicht reichen und die Deckschicht 300 des

Schwenkteils 104 innerhalb des in Fig. 2A gezeigten ersten Aufhängungsbereichs lateral in einen ersten 108, zweiten 110 und dritten 111 Schwenkteilabschnitt teilen, so dass der leitfähige Werkstoff der Deckschicht 300 in den drei Abschnitten 108, 110, 111 durch die aus den Isolationsgräben 106 und der unter der Deckschicht 300 liegende isolierenden Zwischenschicht einander gegenüber dem leitfähigen Werkstoff der Deckschicht 300 in den jeweils anderen der Abschnitte 108, 110, 111 isoliert ist.

In gleicher Weise sind auch aufseiten des Grundteils 102 entsprechende Isolationsgräben 116 die Deckschicht 300 geätzt, die bis zur isolierenden Zwischenschicht reichen und die Deckschicht 300 des Grundteils 102 innerhalb des in

Fig. 2A gezeigten ersten Aufhängungsbereichs lateral in einen ersten 118, zweiten 120 und dritten 121 Grundteilabschnitt teilen, so dass der leitfähige Werkstoff der Deckschicht 300 in den drei Abschnitten 108, 110, 111 durch die aus den Isolationsgräben 116 und der unter der Deckschicht 300 liegende isolierenden Zwischenschicht einander gegenüber dem leitfähigen Werkstoff der Deckschicht 300 in den jeweils anderen der Abschnitte 118, 120, 121 isoliert ist.

Der erste Schwenkteilabschnitt 108 umfasst den Vorsprung 154, über den die erste Torsionsfeder 112 am Schwenkteil 104 befestigt ist. Der erste Grundteilabschnitt 118 umfasst einen durch den Isolationsgraben 116 abgeteilten Teil des Vorsprungs 156, über den die erste Torsionsfeder 114 am Grundteil 102 befestigt ist. Die erste Torsionsfeder 112 weist denselben leitfähigen Werkstoff wie die Deckschicht 300 im ersten Schwenkteilabschnitt 108 und ersten Grundteilabschnitt 118 auf. Daher bilden der erste Grundteilabschnitt 118, die erste Torsionsfeder 112 und der erste

Schwenkteilabschnitt 108 eine elektrisch leitfähige Zuleitung 118, 112, 108 vom Grundteil 102 auf das Schwenkteil 104. Eine weitere elektrisch leitfähige Zuleitung vom Grundteil 102 auf das Schwenkteil 104 ist in analoger Weise durch den zweiten Grundteilabschnitt 120, die zweite Torsionsfeder 114 und den zweiten Schwenkteilabschnitt 110 gebildet. Durch Vorsehen entsprechender, in Fig. 1 nicht gezeigter Isolationsgräben auch im zweiten Aufhängungsbereich 134 können über die vier Torsionsfedern entlang der Achse 136 insgesamt vier voneinander unabhängige, durch Isolationsgräben 106, 116 voneinander isolierte elektrische Zuleitungen vom Grundteil 102 auf das Schwenkteil 104 bereitgestellt werden.

Figur 3A zeigt eine ausschnitthafte Querschnittsansicht der Mikrospiegelvorrichtung aus Fig. 1 und 2A, deren Schnittfläche in Fig. 2A mit A--A' markiert ist und senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 und 2A verläuft. Die Querschnittsansicht verdeutlicht den Aufbau der Vorrichtung aus einem mehrschichtigen Wafer, der ein dickes Substrat 304, eine über diesem liegende Isolationsschicht 302 und eine Deckschicht 300 umfasst.

Aus dem Substrat 304 sind die Plattenelektroden 140, 142 und die diese abstützenden massiven Blöcke 150, 152 gebildet. Die Deckschicht 300 ist insgesamt durch die Isolationsschicht 302 von der Substratebene 304 isoliert. Die bis zur Isolationsschicht 302 reichenden Isolationsgräben 106, 116, die die Abschnitte 108, 111 bzw. 118, 121 der Deckschicht 300 lateral gegeneinander isolieren, weisen einen sich nach unten hin verjüngenden Querschnitt auf, der z.B. durch ein isotrop wirkendes ätzverfahren erzeugt sein kann.

Auf der Deckschicht 300 sind metallische Leiterbahnen 160-164 ausgebildet, die von der Deckschicht 300 durch eine geeignet unterlegte Leiterbahnisolierungsschicht 306 elektrisch isoliert sind. Die Leiterbahnisolierungsschicht 306 bedeckt auch die geneigten Wände der Isolationsgräben 106, 116. Figur 3A zeigt beispielhaft den Verlauf der Leiterbahn 164 entlang der Linie A-A'. Die Leiterbahn 164 kreuzt den Isolationsgraben 106, indem sie auf dessen geneigten, sanft gekrümmten Wänden verläuft, durchgängig von der Leiterbahnisolierungsschicht 306 unterlegt. An einer

Substratkontaktierungsstelle 170 ist eine trichterförmige Vertiefung 174 in die Deckschicht 300 geätzt, die ebenso wie die Isolationsgräben 106, 116 geneigte, sanft gekrümmte Seitenwände aufweist, die von der Leiterbahnisolierungsschicht 306 bedeckt sind. Im Zentrum der trichterförmigen Vertiefung 174 ist die unter der

Deckschicht 300 verlaufende isolierende Zwischenschicht 302 zum Substrat hin durchbrochen, z.B. durch einen ätzschritt während der Herstellung, der lokal und selektiv den Werkstoff der Zwischenschicht 302 entfernt. Die Leiterbahn kontaktiert an dieser Stelle 170 das Substrat 304 im Bereich der Plattenelektrode 140. An einer Deckschichtkontaktstelle 172 im ersten Schwenkteilabschnitt 108 ist die

Leiterbahnisolierungsschicht 306 unterbrochen, sodass die Leiterbahn 164 den ersten Schwenkteilabschnitt 108 kontaktiert. Wie in Fig. 2A zu sehen, ist die Leiterbahn 164 in Richtung des Spiegelrahmens 128 fortgesetzt.

Auf dem Grundteil 102 verläuft eine entsprechend gebildete Leiterbahn 162 bis zu einer Deckschichtkontaktstelle 172 im ersten Grundteilabschnitt 118. Damit ist insgesamt eine elektrische Zuleitung vom Ende der Leiterbahn 162 am Rand des Grundteils über deren Deckschichtkontaktstelle 172, den ersten Grundteilabschnitt 118, die erste Torsionsfeder 112, den ersten Schwenkteilabschnitt 108, die Deckschichtkontaktstelle 172 der Leiterbahn 164, die Leiterbahn 164 und die

Substratkontaktstelle 170 der Leiterbahn 164 bis zur Plattenelektrode 140 bereitgestellt. Im Betrieb kann diese Zuleitung z.B. zur Ansteuerung der Plattenelektroden 140 des Elektrodenblocks 144 verwendet werden. Die Fortsetzung der Leiterbahn 164 in Richtung des Spiegelrahmens 128 kann weiterhin z.B. eine Verbindung zu einem gleichartigen Elektrodenblock 144' des Schwenkteils 104 im zweiten Aufhängungsbereich 134 bereitstellen, sodass die Plattenelektroden 140, 140' des Schwenkteils zu beiden Seiten des Spiegelrahmens 128 gemeinsam über die Leiterbahn 162 ansteuerbar sind.

Eine weitere elektrische Verbindung vom Rand des Grundteils 102 ist durch die

Leiterbahn 161, eine Deckschichtkontaktstelle 172 im zweiten Grundteilabschnitt 120, die zweite Torsionsfeder 114, eine weitere Deckschichtkontaktstelle 172 im zweiten Schwenkteilabschnitt 110 und die auf dem Schwenkteil 104 verlaufende Leiterbahn 163 bereitgestellt. über diese Verbindung kann z.B. eine nicht gezeigte Sensorelektrode auf dem Spiegelrahmen 128 angesprochen werden, mit der die

Auslenkposition des Spiegelrahmens 128 überwacht werden kann. Die Leiterbahn 160, die an diese angebundene Substratkontaktstelle 170 stellen eine elektrische Zuleitung vom Rand des Grundteils 102 zu den Plattenelektroden 142 im Elektrodenblock 146 des Grundteils 102 bereit. Die gezeigte Fortsetzung der Leiterbahn 160 in Richtung

des zweiten Aufhängungsbereichs 134 kann weiterhin z.B. eine Verbindung zu einem gleichartigen Elektrodenblock 146' des Grundteils 102 im zweiten Aufhängungsbereich 134 bereitstellen, sodass die Plattenelektroden 142, 142' des Grundteils 102 insgesamt über die Leiterbahn 160 ansteuerbar sind.

Figur 3B zeigt die Mikrospiegelvorrichtung 100 aus Fig. 1, 2A und 3A in einem ausgelenkten Zustand, in dem das Schwenkteil 104 um die Achse 136 gegenüber dem Grundteil 102 verschwenkt ist. Bei dem Verschwenken kommt es zu einer teilweisen überlappung 308 der Plattenelektroden 140, 142, wobei sich die Fläche der überlappung 308 mit fortschreitender Verschwenkung um die Achse 136 vergrößert.

Die sich derart teilweise überlappenden Plattenelektroden 140, 142 des Schwenk- 104 und des Grundteils 102 bilden einen Plattenkondensator, dessen Kapazität sich mit zunehmender Verschwenkung vergrößert.

Wird im Betrieb der Mikrospiegelvorrichtung 100 eine elektrische Spannung an die

Leiterbahnen 160 und 162 angelegt, liegen die Elektrodenblöcke 144, 146 des Schwenk- 104 bzw. Grundteils 102 auf unterschiedlichen Potentialen. Die Plattenelektroden 140, 142 beider Blöcke 144, 146 werden sich berührungslos kämmend ineinander gezogen. Somit ist in Abhängigkeit von der Ansteuerspannung prinzipiell ein großer Verschwenkungswinkel erreichbar.

Figur 2 B zeigt eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 markierten Detailausschnitts für eine weitere, abgewandelte Ausführungsform. Im Unterschied zur Ausführungsform von Fig. 1 und 2A weist die Ausführungsform von Fig. 1 und 2B elastische Biegebalken 112, 114 als Verbindungselemente zwischen Grund- 102 und Schwenkteil 104 auf.

Derartige Biegebalken können z.B. aus einer zusätzlich aufgebrachten dünnen Schicht aus einem leitfähigen Werkstoff gebildet werden, wie z.B. aus epitaktisch aufgebrachtem Polysilizium. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass im ersten Schwenkteilabschnitt 108 in einer trichterförmigen Vertiefung in der Deckschicht 300 eine lokale Kontaktstelle 176 ausgebildet ist, die direkt einen elektrischen Kontakt zwischen der Deckschicht 300 im ersten Schwenkteilabschnitt 108 und dem darunterliegenden massiven Substrat 150 herstellt. Damit besteht eine elektrische Zuleitung zu den Plattenelektroden 140 des Schwenkteils 102, über die Leiterbahn 162, den ersten Grundteilabschnitt 118, den Biegebalken 112, den ersten

Schwenkteilabschnitt 108, die lokale Kontaktstelle 176 und den massiven Substratblock 150.

Weiterhin zeigt die Ausführungsform verlängerte Starterelektroden 180, die sich auch in nicht ausgelenktem Zustand mit den gegenüberliegenden Plattenelektroden 142 überlappen, um einen nichtstetigen Drehmomentverlauf bei Ansteuerung aus der Ruhelage zu vermeiden. Alternativ zu derartigen Starterelektroden kann ein stetiger Drehmomentverlauf erreicht werden, indem die Vorrichtung im Betrieb nur oberhalb eines minimalen Auslenkwinkels von z.B. 1° betrieben wird. In einem solchen Betriebsmodus können zudem störende optische Reflexionen des vom Spiegel 122 abgelenkten Lichts an parallel zur Waferebene angeordneten Ein- oder Austrittsfenstern vermieden werden.

Figur 4 zeigt in übersichtsartiger Draufsicht ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie in der übersichtsartigen Draufsicht von

Fig. 1 sind der übersichtlichkeit halber keine Isolationsgräben 106, 116, Leiterbahnen 160-164 und Verbindungselemente 112, 114 zwischen Grund- 102 und Schwenkteil 104 gezeigt. Diese sind jedoch in analoger Weise zur Ausführungsform von Fig. 1 vorhanden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind im zweiten Aufhängungsbereich 134 die Positionen der Elektrodenblöcke 144', 146' vertauscht, relativ zur Position der Elektrodenblöcke 144, 146 im ersten Aufhängungsbereich. Durch unabhängige Ansteuerung entweder der Elektrodenblöcke 144, 146 im ersten Aufhängungsbereich 132 oder der Elektrodenblöcke 144', 146' im zweiten Aufhängungsbereich 132 ist der Spiegel 122 in unterschiedlichen Schwenkrichtungen um die Achse 136 auslenkbar.

Figur 5 zeigt in übersichtsartiger Draufsicht ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der übersichtlichkeit halber sind keine Leiterbahnen 160-164 gezeigt. Diese sind jedoch in analoger Weise zur Ausführungsform von Fig. 1 vorhanden. Bei der vorliegenden Ausführungsform stehen sich in jedem der Aufhängungsbereiche 132, 134 Elektrodenblöcke des Grundteils 102 paarweise gegenüber. Der Spiegelrahmen 128 ist als Schwenkteil 104 zwischen zwei Torsionsfedern 112, 114 aufgehängt, die sich in jedem der Aufhängungsbereiche 132, 134 jeweils entlang der gesamten Mittellinie zwischen den sich paarweise

gegenüberstehenden Elektrodenblöcken des Grundteils 102 erstrecken. An den Torsionsfedern 112, 114 sind bewegliche Plattenelektroden 140 aufgehängt, die je nach Ansteuerung in beiden Richtungen um die Achse 136 verschwenkbar sind.

Auf dem Spiegelrahmen 128 sind zwei Isolationsgräben 106 ausgebildet, die einen ersten 108 und einen zweiten 110 Abschnitt des verschwenkbaren Spiegelrahmens 128 gegeneinander isolieren. Analoge Isolationsgräben 116 isolieren einen ersten 118 und einen zweiten 120 Grundteilabschnitt gegeneinander. Auf diese Weise sind die Torsionsfedern 112, 114 gegeneinander elektrisch isoliert, was ermöglicht, die beweglichen Plattenelektroden 140, 140' in den beiden Aufhängungsbereichen 132,

134 unterschiedlich zu beschälten, z.B. indem die Plattenelektroden 140 zum Antrieb und die Plattenelektroden 140' zur Positionsdetektierung verwendet werden. über die Rahmentorsionsfeder 114 und die Spiegeltorsionsfeder 124 können weiterhin der Spiegel 122 und ggf. an seiner Rückseite ausgebildete Elektroden elektrisch angesprochen werden.

Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform. In Schritt 600 wird ein SOI-Wafer mit einer dicken Substratschicht, einer dünneren Deckschicht und einer isolierenden Zwischenschicht aus einem Oxidwerkstoff bereitgestellt. Beispielsweise kann ein solcher Wafer kommerziell beschafft oder mit bekannten Verfahren hergestellt werden, wie z.B. über das SIMOX-Verfahren oder epitaktisches Aufbringen von Polysilizium auf einer Oxidschicht.

In Schritt 602 werden optional auf der Deckschicht z.B. mit üblichen

Halbleiterprozessen weitere elektrische Elemente wie z.B. piezoresistente Elemente aufgebracht.

In Schritt 604 wird - nach Aufbringen und Strukturieren einer geeigneten ätzmaske - mittels eines isotrop wirkenden ätzverfahrens ein Isolationsgraben bis zur

Zwischenschicht in die Deckschicht geätzt, so dass dieser einen ersten und zweiten Abschnitt der Deckschicht lateral gegeneinander isoliert. Weiterhin können punktuelle ätzungen an Stellen erfolgen, an denen Kontakte zwischen der Deckschicht und dem Substrat ausgebildet werden sollen.

In Schritt 606 wird eine durchgehende Isolationsschicht 306 aufgebracht, die die Oberfläche der Deckschicht und auch das Innere der in Schritt 604 geätzten Isolationsgräben bzw. punktuell geätzten Vertiefungen durchgängig bedeckt.

In Schritt 608 wird die in Schritt 606 aufgebrachte Isolationsschicht 306 an solchen

Stellen zur Deckschicht hin geöffnet, an denen ein Kontakt zwischen einer Leiterbahn und der Deckschicht ausgebildet werden soll. An Stellen, an denen ein Kontakt zwischen der Deckschicht und dem Substrat oder zwischen einer Leiterbahn und dem Substrat ausgebildet werden soll, wird am Boden von Vertiefungen, die in Schritt 604 bis zur Zwischenschicht geätzt wurden, die Isolationsschicht 306 und ggf. die noch darunterliegende Zwischenschicht zum Substrat hin geöffnet.

In Schritt 610 wird eine metallische Schicht aufgebracht und strukturiert, um Leiterbahnen und Anschlusspads wie z.B. Lötaugen zu bilden, wobei an den Stellen, an denen die Isolationsschicht und ggf. die Zwischenschicht geöffnet wurden, ein entsprechender Kontakt zwischen den Leiterbahnen, der Deckschicht oder dem Substrat hergestellt wird.

In Schritt 612 werden von der Substratseite des Wafers aus mittels eines

Grabenätzverfahrens Kammelektroden geätzt, wobei ein bis zur isolierenden Zwischenschicht reichender Isolationsgraben im Substrat einen Bereich eines Grundteils und einen Bereich eines gegenüber dem Grundteil verschwenkbar auszubildenden Schwenkteils voneinander trennt.

In Schritt 614 werden von der Seite der Deckschicht aus durch ein geeignetes

Grabenätzverfahren zwischen den Bereichen des Grundteils und des Schwenkteils mindestens zwei Verbindungselemente wie Biegebalken oder Torsionsfedern aus dem leitfähigen Werkstoff der Deckschicht ausgebildet, und zwar derart, dass das Grundteil über eines der Verbindungselemente mit dem ersten Schwenkteilabschnitt, und über ein weiteres der Verbindungselemente mit dem zweiten Schwenkteilabschnitt verbunden ist. Die freigelegte Zwischenschicht wird an geeigneten Stellen derart entfernt, dass das Grundteil und das Schwenkteil nur noch an den Verbindungselementen zusammenhängen und zueinander elastisch verschwenkbar sind.