微机电反射体及用于制造微机电反射体的方法技术

本发明专利技术涉及一种微机电反射体，其具有一个电极衬底、多个电极凹槽、至少一个扭转弹簧结构、一个载体衬底和一个反射体表面，所述电极衬底具有第一表面和与所述第一表面相对置的第二表面，在所述电极衬底的第一表面上布置有单晶硅层，所述多个电极凹槽从第二表面开设到所述电极衬底中，所述至少一个扭转弹簧结构构造在所述单晶硅层中在所述电极凹槽中的一个之上，所述载体衬底设置在所述电极衬底的第二表面上，所述反射体表面布置在所述单晶硅层上。在此，通过所述电极凹槽形成至少一个通过所述扭转弹簧结构可运动地支承在所述电极衬底中的第一电极和至少一个与所述载体衬底和所述单晶硅层机械固定地锚定的第二电极。此外，所述第一电极的和所述第二电极的电极面彼此平行地垂直于所述电极衬底的表面地布置。

【技术实现步骤摘要】
微机电反射体及用于制造微机电反射体的方法
本专利技术涉及一种微机电反射体和一种用于制造微机电反射体的方法，尤其是在电容式运行的微机电反射体的领域中。
技术介绍
微型化镜用于不同的应用，例如，便携式电信设备的光学器件。这些镜——往往亦称微镜在此可以由微机电结构(MEMS，“micro-electromechanicalsystems”(微机电系统))制造。这样的微镜可以基于电容式工作原理，这意味着，以电压加载两个彼此按预先确定的几何形状布置的电极元件。通过改变该电压可以感应生成这些电极相对于彼此的运动。在此，大多是这些电极中的一个固定在衬底上，而这些电极中的另外一个相对于所述衬底关于至少一个自由度可以自由运动。在电容式微镜中，通常将所述微镜布置在衬底上并且通过一个或多个扭转轴使其从衬底平面偏转出来。在此，所述扭转可以通过垂直于衬底、彼此间隔开并且布置在微镜下方的电极激励。如果在电极之间施加控制电压，则电极之间的静电吸引力或静电排斥力将导致围绕大多置于衬底表面处的扭转轴倾斜，使得处于电极之上的并且与倾斜的电极机械耦合的微镜从所述衬底平面倾斜出来。出版文献US7,079,299B1公开了一种在硅衬底中的静电梳式结构，其构造用于使布置在其之上的微镜绕扭转轴旋转。出版文献US6,694,504B2公开了一种用于制造微镜的方法，所述微镜的静电扭转驱动结构具有通过在硅衬底中竖直蚀刻的和彼此竖直错开的电极。在这种微镜的制造中，在整个衬底高度上实施多次蚀刻和沉积过程。这可能导致在可能的电极几何形状选择方面的限制，这又可能引起在电极或微镜的运动自由度方面的限制。此外，沿着所述扭转轴的机械悬挂装置往往由多晶硅层结构或氧化物层结构加工，由此通过辐射而在镜表面处出现的热量可能难以导出到衬底中。存在对以下微镜、尤其是可电容式运行的微镜的需求：所述微镜可简单地并且成本有利地制造，其机械稳健性得以改善，其几何尺寸在制造过程中尽可能灵活地实现，并且其具有改善了的导热特性。
技术实现思路
按照一个方面，本专利技术实现一种微机电反射体，其具有一个电极衬底、多个电极凹槽、至少一个扭转弹簧结构、一个载体衬底和一个反射体表面，所述电极衬底具有第一表面和与所述第一表面相对置的第二表面，在所述电极衬底的第一表面上布置有单晶硅层，所述多个电极凹槽从第二表面开设到所述电极衬底中，所述至少一个扭转弹簧结构构造在所述单晶硅层中在所述电极凹槽中的一个之上，所述载体衬底设置在所述电极衬底的第二表面上，所述反射体表面布置在所述单晶硅层上方。在此，通过所述电极凹槽形成至少一个通过所述扭转弹簧结构可运动地支承在所述电极衬底中的第一电极和至少一个与所述载体衬底和所述单晶硅层机械固定地锚定的第二电极。此外，所述第一电极的和所述第二电极的电极面彼此平行地垂直于所述电极衬底的表面地布置。按照另一个方面，本专利技术实现一种用于制造微机电反射体的方法，所述方法具有下列步骤：穿过构造在电极衬底上的氧化物层和构造在所述氧化物层上的单晶硅层构造导电的覆镀通孔(Durchkontakt)；在所述单晶硅层中构造至少一个扭转弹簧结构；在所述电极衬底的背离所述单晶硅层的表面中构造电极凹槽，以便通过所述电极凹槽形成至少一个通过所述扭转弹簧结构可运动地支承在所述电极衬底中的第一电极和至少一个与所述单晶硅层机械固定地锚定的第二电极，其中，所述第一电极的和所述第二电极的电极面彼此平行地垂直于所述电极衬底的表面地布置；在所述电极衬底的背离所述单晶硅层的表面上施加载体衬底；并且在所述单晶硅层上方施加反射体表面。本专利技术的构思是，实现一种基于MEMS(微机电系统)的可电容式控制的微镜装置或反射体装置，其中，从电极衬底中蚀刻竖直的电极面，并通过单晶硅层将竖直的电极面机械锚定在衬底的镜侧的表面上。在与镜侧表面的相对置的表面上设有线路衬底(Leitungssubstrat)，通过所述线路衬底可以以电压加载电极。在此，从电极衬底中一方面蚀刻固定电极，而另一方面蚀刻可相对于所述固定电极运动的电极，其中，可运动的电极机械耦合到具有进行反射的表面的载体结构上，而电极之间的静电力导致可运动的电极和载体结构绕一个处于衬底平面中的扭转轴倾斜。所述微镜装置的一个显著的优点在于，所述电极通过所述单晶层非常稳健地悬挂在衬底中。这提高了可以用于致动所述微镜的精度。此外，单晶层的导热性显著高于例如多晶硅层或者氧化物层的导热性，使得在所述镜表面上出现的辐射热量可以显著更高效地导出到所述电极衬底或导电衬底中。这样的微镜装置在电极彼此的间距方面可以以相应较小的尺寸设计，以便提高有效的起作用的电容式电极面积。因此，有利地产生低的构造空间要求和成本低廉的构造方式。此外，按照根据本专利技术的反射体的一个实施例，所述反射体还可以具有一个构造在所述单晶层和电极衬底之间的氧化物层和至少一个穿过所述单晶层和所述氧化物层的导电的覆镀通孔，通过所述氧化物层所述第一电极与所述单晶层导电连接。这使得可运动的第一电极通过所述单晶层电连接到所述载体衬底上成为可能，而不必对所述第一电极与所述第二电极的绝缘进行折衷。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，所述载体衬底可以通过金属键合材料与电极衬底连接。这使得载体衬底和电极衬底之间的特别稳定的导电连接成为可能。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，可以从所述载体衬底的背离所述电极衬底的表面穿过所述载体衬底构造硅覆镀通孔直至所述金属键合材料。因此，可以有利地将载体衬底本身作为与可以在载体衬底的下侧上构造的重新布线平面的导电连接使用。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，所述载体衬底在面向所述电极衬底的表面上具有氧化物层，所述氧化物层在所述硅覆镀通孔的区域中横向超出所述硅覆镀通孔的延伸在所述载体衬底上延伸。这显著地提高了固定的第二电极的机械稳定性。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，所述第一电极可以圆柱形构造。这使在一个改进方案中围绕圆柱形的第一电极对称地布置的四个第二电极成为可能。因此，在正方形或矩形的反射体面的情况下，可以在固定的第二电极之间实现特别大的和稳健的导电连接面。此外，按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，所述反射体还可以具有至少一个辅助电极，所述至少一个辅助电极通过所述电极凹槽构造在所述第二电极的背离所述第一电极的一侧上，并且所述至少一个辅助电极与所述第二电极竖直间隔开地布置。因此，用于所述第一电极的控制信号可以有利地通过所述辅助电极、就是说与电极衬底的电位无关地引导。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，在所述单晶层上施加金属键合材料、与金属键合材料连接的隔件和布置在隔件上的镜元件，其中，在镜元件的背离隔件的一侧上施加反射面。因此，可以有利地增大所述反射面，而不必以反射体的运动自由度、也即反射体的倾斜自由度的减小为代价。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，镜元件可以具有横向延展，所述横向延展在所述电极衬底的衬底平面中延伸超出所述扭转弹簧结构。按照根据本专利技术的反射体的另一个实施例，所述载体衬底和/或所述电极衬底可以具有SOI衬底。借助这类衬底，用于所述电极电位隔离的氧化物层已经存在，从而用于反射体的加工方法有利地变得比较简单、比较短时间和较廉价。现在由下面参照附图的描述中得出本专利技术的实施方式的其他的特征和优点。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电反射体，其具有：一个电极衬底(3)，所述电极衬底具有第一表面和与所述第一表面相对置的第二表面，在所述电极衬底的第一表面上布置单晶硅层(1)；多个电极凹槽(15)，其从第二表面开设到所述电极衬底(3)中；至少一个扭转弹簧结构(7)，其构造在所述单晶硅层(1)中在所述电极凹槽(15)中的一个之上；一个载体衬底(16)，所述载体衬底设置在所述电极衬底(3)的第二表面上；和一个反射体表面(R)，其布置在所述单晶硅层(1)上，其中，通过所述电极凹槽(15)形成至少一个通过所述扭转弹簧结构(7)可运动地支承在所述电极衬底(3)中的第一电极(M)和至少一个与所述载体衬底(16)和所述单晶硅层(1)机械固定地锚定的第二电极(F)，其中，所述第一电极(M)的和所述第二电极(F)的电极面彼此平行地垂直于所述电极衬底(3)的表面地布置。

【技术特征摘要】
2013.06.25 DE 102013212095.81.一种微机电反射体，其具有：一个电极衬底(3)，所述电极衬底具有第一表面和与所述第一表面相对置的第二表面，在所述电极衬底的第一表面上布置单晶硅层(1)；多个电极凹槽(15)，其从第二表面开设到所述电极衬底(3)中；至少一个扭转弹簧结构(7)，其构造在所述单晶硅层(1)中在所述电极凹槽(15)中的一个之上；一个载体衬底(16)，所述载体衬底设置在所述电极衬底(3)的第二表面上；和一个反射体表面(R)，其布置在所述单晶硅层(1)上，其中，通过所述电极凹槽(15)形成至少一个通过所述扭转弹簧结构(7)可运动地支承在所述电极衬底(3)中的第一电极(M)和至少一个与所述载体衬底(16)和所述单晶硅层(1)机械固定地锚定的第二电极(F)，其中，所述第一电极(M)的和所述第二电极(F)的电极面彼此平行地垂直于所述电极衬底(3)的表面地布置。2.根据权利要求1所述的微机电反射体，所述微机电反射体还具有一个氧化物层(2)，其构造在所述单晶硅层(1)和所述电极衬底(3)之间；和至少一个穿过所述单晶硅层(1)和所述氧化物层(2)的导电的覆镀通孔(5b)，通过所述氧化物层所述第一电极(M)与所述单晶硅层(1)导电连接。3.根据权利要求1所述的微机电反射体，其中，所述载体衬底(16)通过金属键合材料与所述电极衬底(3)连接。4.根据权利要求3所述的微机电反射体，其中，从所述载体衬底(16)的背离所述电极衬底(3)的表面穿过所述载体衬底(16)构造硅覆镀通孔(25)直至所述金属键合材料。5.根据权利要求4所述的微机电反射体，其中，所述载体衬底(16)在面向所述电极衬底(3)的表面上具有氧化物层(17)，所述氧化物层在所述硅覆镀通孔(25)的区域中横向超出所述硅覆镀通孔(25)的延伸在所述载体衬底(16)上延伸。6.根据权利要求1至5中任一项所述的微机电反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·赖因穆特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE