DE19547584A1

DE19547584A1 - Micromechanical mirror array for laser imaging system

Info

Publication number: DE19547584A1
Application number: DE1995147584
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Rauch; Wolfram Prof Dr Ing Doetzel; Thomas Prof Dr Ing Gesner; Ramon Hahn; Christian Dr Ing Kaufmann; Heinz-Ulrich Dr Ing Loewe; Joachim Dr Ing Markert; Udo Dipl Ing Wollmann
Original assignee: CMS Mikrosysteme GmbH Chemnitz
Current assignee: CMS Mikrosysteme GmbH Chemnitz
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-07-03

Abstract

The micromechanical mirror array is formed from a triple layer semiconductor wafer, providing individual pivoting mirror elements with integral springs and support components, the associated electrodes, feed lines and electrical contacts. Pref. the mirror array has 84 individual mirror elements within a surface area of 4.5 by 4 sq mm, each mirror element having a width of 50 microns and a length of 4 mm. The laser beam is deflected by parallel control of a number of mirror elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Array und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a micromechanical array and a Process for its production.

Aus der Literatur sind eine Vielzahl von mikromechanischen Aktoren bekannt, die mit Hilfe einer Spiegelanordnung eine definierte Ablenkung von Lichtstrahlen zum Ziel haben. Im Journal Sensors and Actuators, Vol. A 41 complete (1994), S. 324-329, "Lineaddressable torsional micromirrors for light modulator arrays" wird die Präparation eines Spiegelarrays beschrieben. Zur Erzielung des Grundabstandes zwischen Spiegel unterkanten und Elektroden wird nach der Herstellung der Elektroden eine Opferschicht aus Siliziumdioxid aufgebracht. Um die Federn, die die Auslenkung des Spiegels ermöglichen, mecha nisch auf dem Substrat zu fixieren, werden Fenster in die Opferschicht geätzt. Bei der nachfolgenden Abscheidung von Polysilizium entsteht somit eine Schicht, die teilweise direkt mit dem Substrat verbunden ist. Die Spiegel entstehen dann in den Bereichen der Polysiliziumschicht, die mit der Opferschicht unterlegt sind. Anschließend wird eine Aluminiumschicht als Reflektor aufgebracht. Mit dem naßchemischen Ätzen der Opfer schicht wird der Fertigungsprozeß beendet. Eine flächendeckende Anordnung von Spiegeln wird nicht erreicht.A multitude of micromechanical are from the literature Actuators known that a with the help of a mirror arrangement aim at a defined deflection of light rays. In the Journal Sensors and Actuators, Vol. A 41 complete (1994), Pp. 324-329, "Lineaddressable torsional micromirrors for light modulator arrays "is the preparation of a mirror array described. To achieve the basic distance between mirrors bottom edges and electrodes is made after making the Electrodes applied a sacrificial layer made of silicon dioxide. Around the springs that allow the mirror to deflect, mecha niche on the substrate, windows are in the Sacrificial layer etched. In the subsequent separation of Polysilicon thus creates a layer that is partially direct is connected to the substrate. The mirrors then emerge in the areas of the polysilicon layer that match the sacrificial layer are highlighted. Then an aluminum layer is used as Reflector applied. With the wet chemical etching of the victims layer, the manufacturing process is ended. A nationwide Arrangement of mirrors is not achieved.

Die beschriebene Oberflächentechnik verwendet eine Polysili ziumschicht für die Aktoren.The surface technology described uses a polysili zium layer for the actuators.

Im Journal Solid State Technology, July 1994, S. 63-68, "Digital micromirror array for projection TV" wird eine Entwicklung der Firma Texas Instruments Inc. vorgestellt. Das Array wurde speziell für TV-Anwendungen konzipiert und besteht aus einer Matrix von 768×576 Einzelspiegeln. Der Grundabstand zwischen den Spiegeln und den Elektroden wird hierbei durch eine organische Opferschicht realisiert. Diese wird aufge schleudert und planarisiert damit Unebenheiten, die durch darunter liegende Strukturen (Elektroden) hervorgerufen werden. Die Spiegel sowie die Federn werden aus einer Aluminium legierung hergestellt. Um die Federn gegenüber dem Substrat abzustützen, sind spezielle Stützpfosten vorgesehen. Sie entstehen mit Hilfe von kleinen Löchern in der Opferschicht, welche mit der obengenannten Legierung aufgefüllt werden. Nach dem Vereinzeln der Chips wird die Opferschicht mit einem Plasmaätzschritt entfernt.In the journal Solid State Technology, July 1994, pp. 63-68, "Digital micromirror array for projection TV" becomes one Development of Texas Instruments Inc. presented. The Array was specially designed and exists for TV applications from a matrix of 768 × 576 individual mirrors. The basic distance between the mirrors and the electrodes realized an organic sacrificial layer. This is opened hurls and planarises bumps caused by underlying structures (electrodes) are caused. The mirrors and springs are made of aluminum alloy made. To the springs against the substrate special support posts are provided. she arise with the help of small holes in the sacrificial layer, which are filled with the above-mentioned alloy. After separating the chips the sacrificial layer with a Plasma etching step removed.

Die beschriebenen Anordnungen erlauben nur zwei Zustände für die Spiegel (Ruhelage bzw. maximale Auslenkung).The arrangements described allow only two states for the mirrors (rest position or maximum deflection).

Der in den Patentansprüchen 1, 9 und 10 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, insbesondere ein mikromechanisches Spiegelarray zu schaffen, das sich durch eine hohe erzielbare Resonanzfrequenz auszeichnet und gleichzeitig eine große aktive Gesamtfläche besitzt. Es soll dabei durch ein Verfahren reali siert werden, das sich durch die Anwendung weniger technolo gische Verfahrensschritte auszeichnet.The invention specified in claims 1, 9 and 10 the problem is based, in particular a micromechanical one Create mirror array that is characterized by a high achievable Characterized resonance frequency and at the same time a large active Has total area. It is supposed to be reali by a procedure be used, which can be achieved by using less technology distinguished process steps.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1, 9 und 10 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with that in claims 1, 9 and 10 Features listed solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein mit zwei Schichten unterschiedlicher Ätz charakteristik versehener Halbleiterwafer alle Elemente vor zugsweise eines Spiegelarrays einerseits in Form der mecha nischen Bestandteile insbesondere Einzelspiegel mit integrier ten Federn und Stege als Stützelemente und andererseits in Enorm elektrischer Anordnungen unter anderem von Elektroden und elektrischen Kontakten enthält, ohne daß ein herkömmlicher Auf bau aus zusammengefügten Einzelschichten vorhanden ist.The advantages achieved with the invention are in particular in that one with two layers of different etch characteristics of provided semiconductor wafers before all elements preferably a mirror array on the one hand in the form of the mecha African components, in particular individual mirrors with integrated springs and webs as support elements and on the other hand in enormous electrical arrangements including electrodes and contains electrical contacts without a conventional on construction from combined individual layers is available.

Die Oxidschicht unmittelbar auf dem Halbleiterwafer stellt eine Opferschicht dar. Damit erfordert die Ausbildung der Stege als Stützpfosten keine zusätzlichen technologischen Prozesse, da diese direkt aus der Oxidschicht durch eine partielle Ätzung gebildet werden. Somit justieren sich die Stege bezüglich der Spiegellängsachse selbst. Es ergibt sich ein gleiches Ober flächenniveau der Stege und damit gleichzeitig der Einzel spiegel. Gleichzeitig wird eine Unterbrechung der im Spiegel innern verlaufenden Federn vermieden, was ebenfalls zur Ver besserung der Eigenschaften beiträgt.The oxide layer directly on the semiconductor wafer provides one Sacrificial layer. This requires the formation of the webs as Support post no additional technological processes because this directly from the oxide layer by partial etching be formed. The webs thus adjust with respect to the Longitudinal mirror axis itself. The result is the same upper surface level of the webs and thus the individual mirror. At the same time there is an interruption in the mirror avoided inside extending springs, which also leads to ver improves the properties.

Die zweite Schicht auf der Oxidschicht ist eine weitere Isolierschicht. Diese dient als Träger für die elektrischen Anordnungen, so daß mit einer Wendung dieses Halbleiterwafers die Unebenheiten, die bei der Ausbildung der Elektroden her kömmlicher mikromechanischer Spiegelanordnungen entstehen, gegenstandslos sind.The second layer on the oxide layer is another Insulating layer. This serves as a carrier for the electrical Arrangements so that with a turn of this semiconductor wafer the bumps that come from the formation of the electrodes conventional micromechanical mirror arrangements arise, are devoid of purpose.

Die mechanischen Bestandteile werden vorzugsweise aus ein kristallinem Silizium gefertigt, das sich dadurch auszeichnet, daß es frei von Ermüdungserscheinungen ist. Dadurch wird gegen über polykristallinen Werkstoffen trotz dynamischen Betriebes eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer der mechanischen Bestand teile erreicht.The mechanical components are preferably made from a crystalline silicon, which is characterized by that it is free from fatigue. This is against about polycrystalline materials despite dynamic operation an almost unlimited lifespan of mechanical inventory parts reached.

Dieser Aufbau zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß sich die Einzelspiegel analog ansteuern lassen und diese somit beliebige Bewegungsfunktionen (u. a. Sinus, Sägezahn, Dreieck) um ihre Längsachse ausführen können.This structure is further characterized in that the Allow individual mirrors to be controlled analogously and thus any Motion functions (including sine, sawtooth, triangle) around their Can run longitudinal axis.

Das mikromechanische Spiegelarray ist besonders für Anwendungen in der Bildwiedergabetechnik mittels Laserstrahl geeignet. Damit kann ein Laserstrahl durch die Drehbewegung mehrerer parallel angesteuerter Einzelspiegel ausgelenkt werden. Um die hohen Resonanzfrequenzen zu erreichen, wird das Spiegelarray mit einer großen optisch wirksamen Fläche aus mehreren parallel angeordneten Einzelspiegeln von geringer Breite und vorwiegend annähernd gleicher Länge zusammengesetzt. Die charakteris tischen Parameter der Anordnung, wie Resonanzfrequenz und Ablenkwinkel, werden durch die dynamischen und statischen Eigenschaften der vielen kleinen Einzelspiegel bestimmt. Bei der Herstellung des mikromechanischen Arrays werden Ver fahrensschritte der Oberflächenmikromechanik genutzt, so daß bewährte Technologien zur Anwendung kommen. Damit ist es möglich, diese Anordnungen auf bestehenden Anlagen her zu stellen.The micromechanical mirror array is particularly suitable for applications suitable in image reproduction technology using a laser beam. This means that one laser beam can be rotated by several parallel controlled individual mirrors are deflected. To the To achieve high resonance frequencies, the mirror array with a large optically effective surface consisting of several in parallel arranged individual mirrors of small width and predominantly composed of approximately the same length. The characteristics table parameters of the arrangement, such as resonance frequency and Deflection angles are determined by the dynamic and static Properties of the many small individual mirrors determined. In the manufacture of the micromechanical array, Ver Driving steps of surface micromechanics used so that proven technologies are used. So that's it possible to arrange these on existing systems put.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 8 und 11 bis 13 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 8 and 11 to 13 specified.

Die Weiterbildung nach Patentansprüchen 7, 12 und 13 ermöglicht es, den Trennprozeß zur Vereinzelung der mikromechanischen Einzelarrays aus dem Waferverbund zu ermöglichen, da der Halbleiterwafer durch einen Glaswafer hermetisch abgedichtet ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine effektive Massenproduktion. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 11 führt zu einer Erhöhung der Oxidschicht als Opferschicht, so daß größere Ablenkwinkel erreichbar sind. The training according to claims 7, 12 and 13 enables it, the separation process to separate the micromechanical To enable individual arrays from the wafer composite, since the Semiconductor wafers hermetically sealed by a glass wafer is. This measure enables effective mass production. The training according to claim 11 leads to a Increasing the oxide layer as a sacrificial layer, so that larger Deflection angles are achievable.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Draufsicht eines mikromechanischen Spiegelarrays, Fig. 1 is a plan view of a micromechanical mirror arrays,

Fig. 2 einen Einzelspiegel, Fig. 2 shows a single mirror,

Fig. 3 die perspektivische Darstellung einer Feder mit ange ordnetem Steg, Fig. 3 is a perspective view of a spring with attached ordnetem web,

Fig. 4 einen Querschnitt des mikromechanischen Spiegelarrays, Fig. 4 is a cross-sectional of the micromechanical mirror arrays,

Fig. 5 die Darstellung des partiellen Ätzens der Oxidschicht zur Ausbildung der Stege und Fig. 5 shows the partial etching of the oxide layer to form the webs and

Fig. 6 bis 13 an Hand von Querschnitten das Verfahren zur Herstellung eines Spiegelarrays. Fig. 6 to 13 using cross sections, the method for producing a mirror array.

Das mikromechanische Array entsprechend den Darstellungen in den Fig. 1 und 4 besteht im wesentlichen aus einem mit zwei Schichten versehenen Halbleiterwafer 2, der damit alle Elemente eines Spiegelarrays einerseits in Form der mechanischen Be standteile 8 Einzelspiegel 6 mit integrierten Federn 7 ent sprechend der Fig. 2 und Stege 9 und andererseits in Form der Elektroden 11, Zuleitungen 12 und elektrischen Kontakte ent hält.The micromechanical array according to the representations in FIGS. 1 and 4 consists essentially of a two-layer semiconductor wafer 2 , which thus all elements of a mirror array on the one hand in the form of mechanical components Be 8 individual mirrors 6 with integrated springs 7 accordingly FIG. 2 and webs 9 and on the other hand in the form of electrodes 11 , leads 12 and electrical contacts ent.

Der Aufbau eines mikromechanischen Spiegelarrays wird ver einfacht zusammen mit dem Verfahren zur Herstellung nach folgend näher erläutert. Die einzelnen Schritte sind in den Fig. 6 bis 13 dargestellt.The structure of a micromechanical mirror array is simply explained in more detail together with the method for producing the following. The individual steps are shown in FIGS. 6 to 13.

Um eine einer großen Auslenkung der Einzelspiegel 6 gewähr leistende und technologisch sinnvolle Dicke der Oxidschicht 14 als Opferschicht zu erzielen, werden zwei Halbleiterwafer durch thermische Oxidation mit jeweils 1,65 µm Siliziumdioxid ver sehen und durch einen Silicon Fusion Bondprozeß (SFB) mitein ander verbunden. Anschließend wird einer der beiden Halb leiterwafer in einem KOH-Ätzbad entfernt. Auf diese Weise entsteht ein Halbleiterwafer 2 mit einer Oxidschicht 14 als Opferschicht von 3,3 µm Dicke.In order to achieve a large deflection of the individual mirrors 6 and technologically reasonable thickness of the oxide layer 14 as a sacrificial layer, two semiconductor wafers are seen by thermal oxidation, each with 1.65 μm silicon dioxide, and connected to one another by a silicon fusion bond process (SFB). Then one of the two semiconductor wafers is removed in a KOH etching bath. In this way, a semiconductor wafer 2 is formed with an oxide layer 14 as a sacrificial layer with a thickness of 3.3 μm.

Entsprechend der Darstellung der Fig. 6 wird anschließend der Halbleiterwafer 2 mit einer Isolierschicht 3 aus Siliziumnitrid von 350 nm Dicke versehen. Diese Isolierschicht 3 erfüllt während der Ätzung der Oxidschicht 14 den Zweck einer Ätzstopp schicht. Es schließt sich ein fotolithographischer Prozeß an, der zusammen mit einem Plasmaätzschritt zur Ausbildung von Fenstern 13 und 20 in der Isolierschicht 3 führt. Davon dienen vier Fenster 20, die sich am Rand des Halbleiterwafers 2 befin den, der Ausbildung von Justiermarken 22, während die Fenster 13 der Realisierung von Bondpads 4 dienen. Im Anschluß daran wird eine elektrisch leitende Schicht 21 von 300 nm Dicke gesputtert, die aus einer Molybdän-Silizium-Verbindung besteht.According to the illustration in FIG. 6, the semiconductor wafer 2 is then provided with an insulating layer 3 made of silicon nitride and having a thickness of 350 nm. This insulating layer 3 fulfills the purpose of an etching stop layer during the etching of the oxide layer 14 . This is followed by a photolithographic process which, together with a plasma etching step, leads to the formation of windows 13 and 20 in the insulating layer 3 . Of these, four windows 20 , which are located on the edge of the semiconductor wafer 2, serve to form alignment marks 22 , while the windows 13 serve to implement bond pads 4 . Subsequently, an electrically conductive layer 21 of 300 nm thickness is sputtered, which consists of a molybdenum-silicon compound.

Mit einem fotolithografischen Prozeß und einem Plasmaätzschritt werden die Strukturen für die Elektroden 11 und die Zuleitungen 12 zu den Bondpads 4 in die elektrisch leitende Schicht 21 übertragen. Nach der Strukturierung wird mit einer Temperung die gesputterte Molybdän-Silizium-Verbindung in eine Silicid phase mit geringem elektrischen Widerstand überführt. Nachfolgend wird mit einem CVD-Prozeß eine weitere Isolier schicht 15 in Form einer Siliziumdioxidschicht von 200 nm Dicke entsprechend der Fig. 7 abgeschieden. Diese Isolierschicht 15 übernimmt zusammen mit der Oxidschicht 16 des Halbleiterwafers 17 die Funktion eines Isolators zwischen den Elektroden 11 und dem als Träger fungierendem Halbleiterwafer 17.The structures for the electrodes 11 and the leads 12 to the bond pads 4 are transferred into the electrically conductive layer 21 using a photolithographic process and a plasma etching step. After structuring, the sputtered molybdenum-silicon compound is converted into a silicide phase with low electrical resistance by means of tempering. Subsequently, a further insulating layer 15 in the form of a silicon dioxide layer of 200 nm thickness is deposited according to FIG. 7 using a CVD process. This insulating layer 15 , together with the oxide layer 16 of the semiconductor wafer 17, takes on the function of an insulator between the electrodes 11 and the semiconductor wafer 17 functioning as a carrier.

Der so präparierte Halbleiterwafer 2 wird gewendet und durch einen Silicon Fusions Bondprozeß auf dem Halbleiterwafer 17 entsprechend der Fig. 8 befestigt. Dieser Halbleiterwafer 17 wird zuvor durch thermische Oxidation mit einer Oxidschicht 16 aus Siliziumdioxid von 1 µm Dicke versehen. Im Verbund gewähr leistet dieser nach einem Abdünnen des Halbleiterwafers 2 die mechanische Stabilität des Systems. Durch die Umkehrung des Halbleiterwafers 2 werden die Unebenheiten, die durch die Struktur der Isolierschicht 3 und der elektrisch leitenden Schicht 21 entstanden sind, für diese Anordnung gegenstandslos. Mit einem Chemical-Mechanical-Polishing (CMP) oder einem anderen geeignetem Verfahren (z. B. elektrochemischem Ätzstopp) wird die Siliziumschicht des Halbleiterwafers 2 bis auf eine Dicke von 3,2 µm abgedünnt. Nachfolgend wird durch eine ther mische Oxidation eine Oxidschicht von 400 nm Dicke erzeugt. Diese Schicht dient als Hilfsmaske 29 für die Strukturierung der Einzelspiegel 6 in der Siliziumschicht des Halbleiterwafers 2. Mit einem fotolithografischen Prozeß in Verbindung mit einem Oxid- und einem Siliziumätzschritt werden zunächst die Fenster 24 am Rand des Halbleiterwafers 2 erzeugt. Durch diese Fenster 24 können die bereits präparierten Justiermarken 22 erkannt werden. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann eine Maske zur Struk turierung der Einzelspiegel 6 ohne mehrfache Anwendung der Zweiseitenlithografie zu den Elektroden 11 justiert werden. An die Strukturierung der Oxidschicht schließt sich ein Plasma ätzschritt an, mit dem die eigentliche Ausbildung der Einzel spiegel 6 in der Siliziumschicht des Halbleiterwafers 2 ent sprechend der Darstellung der Fig. 9 erfolgt. Mit einem nach folgenden fotolithografischen Prozeß wird der Halbleiter-wafer 2 bis auf den Bereich der Bondpads 4 mit Fotolack geschützt. Nachfolgend entfernt ein Naßätzschritt die Oxidschicht 14 im Bereich 23 der Bondpads 4. Nach einer Lackentfernung beseitigt ein weiterer Naßätzschritt die 400 nm starke Maske.The semiconductor wafer 2 prepared in this way is turned over and attached to the semiconductor wafer 17 in accordance with FIG. 8 by means of a silicon fusion bonding process. This semiconductor wafer 17 is previously provided by thermal oxidation with an oxide layer 16 made of silicon dioxide with a thickness of 1 μm. In combination, this ensures the mechanical stability of the system after thinning the semiconductor wafer 2 . By reversing the semiconductor wafer 2 , the unevenness that has arisen due to the structure of the insulating layer 3 and the electrically conductive layer 21 is irrelevant for this arrangement. The silicon layer of the semiconductor wafer 2 is thinned down to a thickness of 3.2 μm using a chemical mechanical polishing (CMP) or another suitable method (eg electrochemical etching stop). An oxide layer of 400 nm thickness is subsequently produced by thermal oxidation. This layer serves as an auxiliary mask 29 for structuring the individual mirrors 6 in the silicon layer of the semiconductor wafer 2 . The windows 24 at the edge of the semiconductor wafer 2 are first produced using a photolithographic process in conjunction with an oxide and a silicon etching step. The already prepared alignment marks 22 can be recognized through these windows 24 . With the aid of this measure, a mask for structuring the individual mirrors 6 can be adjusted to the electrodes 11 without repeated use of the two-sided lithography. The structuring of the oxide layer is followed by a plasma etching step, with which the actual formation of the individual mirrors 6 in the silicon layer of the semiconductor wafer 2 takes place in accordance with the illustration in FIG. 9. The semiconductor wafer 2 is protected with a photoresist except for the area of the bond pads 4 using a following photolithographic process. A wet etching step subsequently removes the oxide layer 14 in the region 23 of the bond pads 4 . After removing the varnish, a further wet etching step removes the 400 nm thick mask.

Anschließend wird eine 1 µm dicke Aluminiumschicht gesputtert. Mit einem weiteren fotolithografischen Prozeß und einem Ätz schritt werden aus dieser Schicht die Bondpads 4 entsprechend der Fig. 10 gefertigt.Then a 1 µm thick aluminum layer is sputtered. With a further photolithographic process and an etching step, the bond pads 4 are made from this layer according to FIG. 10.

Nach der Ausbildung der Bondpads 4 wird eine weitere Alumi niumschicht von 100 nm Dicke gesputtert. Diese übernimmt die Funktion der Reflexionsschicht 10. Die Strukturierung der Reflexionsschicht 10 erfolgt durch einen Plasmaätzschritt, bei dem eine geringe Unterätzung einer aufgebrachten Lackmaske angestrebt wird. Der dadurch entstehende Versatz zwischen der Aluminiumschicht und den Kanten der Einzelspiegel 6 bewirkt zusammen mit einer nachfolgend aufgebrachten Lackmaske 25 einen vollständigen Schutz der Reflexionsschicht 10 im nachfolgenden Ätzprozeß, wie in der Fig. 11 dargestellt.After the formation of the bond pads 4 , another aluminum layer of 100 nm thickness is sputtered. This takes over the function of the reflection layer 10 . The structuring of the reflection layer 10 takes place by means of a plasma etching step, in which a slight undercut of an applied lacquer mask is aimed for. The resulting offset between the aluminum layer and the edges of the individual mirrors 6 , together with a subsequently applied lacquer mask 25, results in complete protection of the reflection layer 10 in the subsequent etching process, as shown in FIG. 11.

Mit dieser Lackmaske 25 werden entsprechend der Fig. 5 während des Ätzens der Oxidschicht 14 die Stege 9 ausgebildet. Unter dem Begriff Steg 9 ist erfindungsgemäß eine Stütze zu ver stehen, die die Feder 7 im Innern der Einzelspiegel 6 gegenüber der Isolierschicht 3 abstützt und die erforderliche Auslenkung des Einzelspiegels 6 ermöglicht.With this resist mask 25 , the webs 9 are formed as shown in FIG. 5 during the etching of the oxide layer 14 . The term web 9 is, according to the invention, to be a support which supports the spring 7 in the interior of the individual mirror 6 with respect to the insulating layer 3 and enables the required deflection of the individual mirror 6 .

Die Anordnung Steg 9 und Feder 7 ist in der Fig. 3 darge stellt.The arrangement of web 9 and spring 7 is shown in FIG. 3 Darge.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigt die Fig. 5 nur ein Viertel des interessierenden Bereiches in der Umgebung eines Steges 9. Dabei kommt den Spiegelkanten 19 und der Kante 18 der Lackmaske 25 besondere Bedeutung zu. Sie begrenzen das Gebiet 27 (Spalt zwischen benachbarten Einzelspiegeln 6), durch welches der Ätzangriff des naßchemischen Ätzers erfolgt. Das Voranschreiten der Ätzfront ist in der Fig. 5 durch Strichel linien dargestellt. An den Kanten 18 und 19 schreitet die Ätzfront geradlinig voran, während sie sich in den Ecken kreisförmig fortsetzt. Die Ätzzeit wird so gewählt, daß einer seits die Einzelspiegel 6 vollständig unterätzt werden und andererseits die Stege 9 aus der verbleibenden Oxidschicht 14 entstehen (siehe auch Fig. 3). Nach dem Entfernen der Lackmaske 25 wird ein Glaswafer 1 durch anodisches Bonden auf dem System aufgebracht (Fig. 12).For reasons of clarity, FIG. 5 shows only a quarter of the area of interest in the vicinity of a web 9 . The mirror edges 19 and the edge 18 of the paint mask 25 are of particular importance. They delimit the area 27 (gap between adjacent individual mirrors 6 ) through which the etching attack of the wet chemical etcher takes place. The progress of the etching front is shown in FIG. 5 by dashed lines. At the edges 18 and 19, the etching front proceeds in a straight line, while it continues in a circle in the corners. The etching time is chosen so that on the one hand the individual mirrors 6 are completely under-etched and on the other hand the webs 9 are formed from the remaining oxide layer 14 (see also FIG. 3). After the removal of the resist mask 25 , a glass wafer 1 is applied to the system by anodic bonding ( FIG. 12).

Der Glaswafer 1 wird im Bereich der jeweiligen Chips vorher so abgedünnt, daß keine Berührung mit den Einzelspiegeln 6 bei deren Auslenkung erfolgen kann und der anodische Bondprozeß sich auf den äußeren Rahmen des mikromechanischen Spiegelarrays beschränkt. Weiterhin erhält der Glaswafer 1 mit Hilfe einer Diamantsäge Sollbruchstellen 26 entsprechend der Fig. 12. Der Glaswafer 1 erfüllt während des Vereinzelns mit einer Diamant säge eine Schutzfunktion gegenüber dem Kühlwasser. Mit dem Ent fernen der Glasfensterinnenteile 28 ist die Präparation beendet (Fig. 13).The glass wafer 1 is previously thinned in the area of the respective chips in such a way that no contact can be made with the individual mirrors 6 during their deflection and the anodic bonding process is limited to the outer frame of the micromechanical mirror array. Furthermore, the glass wafer 1 receives predetermined breaking points 26 according to FIG. 12 with the aid of a diamond saw . The glass wafer 1 fulfills a protective function against the cooling water during the separation with a diamond saw. With the removal of the glass window inner parts 28 , the preparation is ended ( FIG. 13).

Das mikromechanische Spiegelarray besitzt im Ausführungsbei spiel eine Fläche von 4,5×4 mm². Es wird aus 84 Einzelspiegeln 6 gebildet. Der Einzelspiegel 6 ist 50 µm breit und 4 mm lang. Zur Erzielung eines hohen Bedeckungsgrades der aktiven Schicht beträgt der Abstand der Einzelspiegel 6 zueinander 3 µm.In the exemplary embodiment, the micromechanical mirror array has an area of 4.5 × 4 mm². It is made up of 84 individual mirrors 6 . The individual mirror 6 is 50 microns wide and 4 mm long. To achieve a high degree of coverage of the active layer, the distance between the individual mirrors 6 is 3 μm.

Claims

1. A micromechanical array, in particular a micromechanical mirror array comprising a plurality of individual mirrors arranged in parallel, which are controlled electrostatically, characterized in that a semiconductor wafer ( 2 ) provided with an oxide layer ( 14 ), which preferably consists of single-crystal silicon and in particular has a large number of micromechanical mirror arrays, Even per micromechanical mirror array, the mechanical components ( 8 ) in the form of individual mirrors ( 6 ) with integrated springs ( 7 ) represent that the oxide layer ( 14 ) on the opposite side of the semiconductor wafer has an electrode ( 11 ) and leads ( 12 ) and on the one hand window ( 13 ) for electrical contact between bond pads ( 4 ) and the supply lines ( 12 ) and on the other hand window ( 20 ) for alignment marks ( 22 ) has an insulating layer ( 3 ) that by undercutting the mechanical components ( 8 formed) from the oxide layer (14) webs (9 ) are preferably arranged centrally on the springs ( 7 ) between the mechanical components ( 8 ) and the insulating layer ( 3 ) and that the semiconductor wafer ( 2 ) is connected to the oxide layer ( 16 ) of a further semiconductor wafer ( 17 ) serving as a supporting element.

2. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that the webs ( 9 ) created by a partial etching of the oxide layer ( 14 ) and thus the individual mirrors ( 6 ) have the same surface level.

3. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that an aluminum or aluminum alloy layer is arranged on the individual mirrors ( 6 ) and the bond pads ( 4 ).

4. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that metal layers of gold, aluminum, an aluminum alloy or a dielectric layer stack of titanium oxide / chromium oxide on the individual mirrors ( 6 ) and of aluminum or an aluminum alloy are arranged on the contact structures.

5. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 3 ) consists of silicon nitride.

6. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 11 ), leads ( 12 ) and the window ( 13 ) for electrical contact between bond pads ( 4 ) and the leads from one of the connections molybdenum silicon, tungsten Silicon, tantalum silicon or titanium silicon exist.

7. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that a glass wafer ( 1 ) is arranged on the opposite side of the semiconductor wafer ( 17 ).

8. Micromechanical array according to claim 1, characterized in that the glass wafer ( 1 ) at the individual mirror ( 6 ) opposite area is thinned and that it has predetermined breaking points ( 26 ).

9. A method for producing in particular micromechanical arrays according to claim 1, characterized in that

a first semiconductor wafer coated with an oxide layer, which preferably consists of silicon, is covered with a further insulating layer on the oxide layer and its etching resistance differs therefrom,
this insulating layer is structured in such a way that contact structures, vias and / or alignment marks are created,
- An electrically conductive layer is applied to the insulating layer and in the openings of the windows and this is structured,
that a second semiconductor wafer coated with an oxide layer and serving only as a carrier is attached to the first such that the oxide layer of the second semiconductor wafer and the electrically conductive layer of the first semiconductor wafer touch,
- The first semiconductor wafer is structured and the oxide layer serving as the sacrificial layer is etched and at the same time is undercut in a targeted manner that movable mechanical elements ( 8 ), openings for the contact structure, the plated-through holes and / or the alignment marks are formed and
- At least the contact structure and the plated-through holes are coated and / or structured with an electrically conductive layer.

10. A method for producing in particular micromecha African mirror arrays according to claims 1 and 5, characterized in that

a first semiconductor wafer ( 2 ) coated with an oxide layer ( 14 ) is covered with an additional insulating layer ( 3 ) on the oxide layer ( 14 ) and different in its etch resistance,
- This insulating layer ( 3 ) is structured so that both a contact structure and for the formation of adjustment marks serving windows ( 13 ) and ( 20 ) arise,
- On the insulating layer ( 3 ) and in the openings of the windows ( 13 ) and ( 20 ) an electrically conductive layer ( 21 ) is brought up, this is structured and provided with a further insulating layer ( 15 ),
- That a second with an oxide layer ( 16 ) coated and serving only as a semiconductor wafer ( 17 ) is attached to the first so that the oxide layer ( 16 ) of the second semiconductor wafer ( 17 ) and the insulating layer ( 15 ) of the first semiconductor wafer ( 2 ) touch,
- The first semiconductor wafer ( 2 ) is structured so that the alignment marks ( 22 ) serving openings ( 24 ) and the contact structures serving openings ( 23 ) are formed,
- A reflection layer is deposited on the first semiconductor wafer ( 2 ) and the mechanical components ( 8 ) are structured and
- The oxide layer ( 14 ) is etched so that the webs ( 9 ) are formed.

11. The method according to claim 10, characterized in that the oxide layer ( 14 ) serving as a sacrificial layer is produced from two semiconductor wafers provided with an oxide layer with the aid of a silicon fusion bonding process and subsequent removal of one of these semiconductor wafers.

12. The method according to claim 10, characterized in that a glass wafer ( 1 ) on the semiconductor wafer ( 2 ) is applied.

13. The method according to claim 10, characterized in that the glass wafer ( 1 ) is connected by anodic bonding to the semiconductor wafer ( 2 ).

14. The method according to claim 10, characterized in that that the micromechanical mirror by sawing with the help of a Diamond saw can be separated.