DE60320494T2

DE60320494T2 - MEMS enthaltende Halbleitereinheit

Info

Publication number: DE60320494T2
Application number: DE60320494T
Authority: DE
Inventors: Urano Masami; Ishii Hiromu; Shimamura Toshishige; Tanabe Yasuyuki; Machida Katsuyuki; Sakata Tomomi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: CN1492508A; CN100356566C; EP1400487B1; EP1400487A2; DE60320494D1; US7482196B2; US20040063325A1; US20060115920A1; US7208809B2; EP1400487A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die eine Mikromaschine wie etwa eine optische Schalteinrichtung, die zur Kommunikation, Messung oder dergleichen verwendet wird, umfasst, und konstruiert ein MEMS.
Ein MEMS (mikroelektromechanisches System) mit einer Mikromaschine, durch Mikrostrukturieren ausgebildet, ist herkömmlicherweise bekannt (siehe z. B. nicht-Patent-Referenzen 1, 2 und 3). 20 zeigt ein Ausgestaltungsbeispiel für das MEMS. Das in 20 gezeigte MEMS umfasst ein elektronisches Bauelement 902, das mindestens eine MEMS-Struktur (Mikromaschine) 901 enthält, die durch Mikrostrukturieren ausgebildet ist, eine Steuereinrichtung 903, die ein Steuersignal zum Steuern des elektronischen Bauelements 902 erzeugt, und eine Steuersignalleitung 904, um ein Steuersignal an das elektronische Bauelement 902 zu liefern.
Die Steuereinrichtung 903 umfasst einen Prozessor 905, der vorgegebene Steuerdaten sendet und den Betrieb der MEMS-Struktur 901 steuert, einen Speicher 906, der das Steuerprogramm des Prozessors 905 und für das Steuerprogramm erforderliche Daten halt, eine E/A 907, die ein Signal von außerhalb in die Steuereinrichtung 903 eingibt bzw. von der Steuereinrichtung 903 nach außen ausgibt, eine Ansteuerschaltung 908, die ein an die MEMS-Struktur 901 zu lieferndes Steuersignal basierend auf vom Prozessor 905 gesendeten Steuerdaten erzeugt, und einen Datenbus 909, der den Prozessor 905, den Speicher 906, die E/A 907 und die Ansteuerschaltungen 908 verbindet.
Wenn das in 20 gezeigte MEMS z. B. ein MEMS-Optoschalter ist, sind mindestens vier Steuerelektroden (nicht gezeigt) erforderlich, um einen MEMS-Spiegel (MEMS-Struktur 901) auf zwei Achsen zu schwenken, und von der Ansteuerschaltung 908 müssen Steuersignale über vier Steuersignalleitungen 904 an vier Steuerelektroden geliefert werden. Wenn das in 20 gezeigte MEMS z. B. ein MEMS-Spiegel-Schaltelement ist, bei dem 100 MEMS- Spiegel zu einem Array zusammengebaut sind, werden mindestens 400 Ansteuerschaltungen 908 und 400 Steuersignalleitungen 904 benötigt. Die Ansteuerschaltung umfasst im Allgemeinen einen Digital-Analog-Umsetzer (DAU), der ein Steuersignal in ein Analogsignal umsetzt, und einen Verstärker, der die Ausgangsspannung des DAU bei einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkt. Eine Montage von Ansteuerschaltungen, die aus einzelnen integrierten Schaltungen gebildet sind, erfordert viele Leiterplatten.
Der oben erwähnte Stand der Technik ist wie folgt:
"Optical Networking: MEMS Mirror Control", ANALOG DEVICES, Internet-Zugriff am 18. September 2002:
<http://www.analog.com/productSelection/signalChains/communications/comms_ 17.html>,
K. V. Madanagopal et al., "Real Time Software Control Of Spring Suspended Micro-Electro-Mechanical (MEM) Devices For Precision Optical Positioning Applications", 2002 international Conference an Optical MEMs 2002, August 2002, S. 41–42,
Hirao et al., "Circuit Design for High-Speed MEMS Mirror Drive", 2002 IEICE Communications Society Conference, 11. September 2002, S. 445.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei einem herkömmlichen MEMS die Steuereinrichtung groß, auch wenn eine MEMS-Struktur mit einer geringen Größe hergestellt wird. Außerdem sind viele Steuersignalleitungen erforderlich, die eine MEMS-Struktur und eine Steuereinrichtung verbinden, und es ist schwierig, das MEMS zu verkleinern.
US 6 275 326 B1 offenbart eine Halbleitereinrichtung, die von den Steuerelektroden unabhängigen Sensorelektroden umfasst.
US 2002 0 110 312 A1 , Seok-Whan Chung et al., "Design and fabrication of micromirror supported by electroplated nickel posts", in: Sensors and Actuators A 54 (1996) 464–467; US 2002 0 071 169 A ; B. Wagner et al., "Infrared Micromirror Array with Large Pixel Size and Large Deflection Angle", Transducers '97, 1997, International Conference an Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, 16.–19. Juni 1997; und DE 197 12 201 A offenbaren verwandte Halbleitereinrichtungen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein MEMS bereitzustellen, das verkleinert werden kann.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß dem Anspruch 1 aufweist, bereitgestellt.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Bewegung des beweglichen Abschnitts, der als MEMS-Struktur dient, gesteuert werden, ohne von einer großen Steuereinrichtung, die die Bewegung der MEMS-Struktur steuert, Gebrauch zu machen und viele Steuersignalleitungen zu benötigen. Demzufolge kann die Erfindung das MEMS verkleinern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausgestaltungsbeispiel für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist, zeigt;
2 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil der Ausgestaltung von 1 zeigt;
3 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil der Ausgestaltung von 1 zeigt;
4A ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel für einen Prozessor 4 von 1 zeigt;
4B ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel für einen Prozessor 26 von 2 zeigt;
5 ist eine Draufsicht, die ein Ausgestaltungsbeispiel für die Halbleitereinrichtung, die das MEMS von 1 aufweist, zeigt;
6 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausgestaltungsbeispiel für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel aufweist, zeigt;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil der Ausgestaltung von 6 zeigt;
8 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausgestaltungsbeispiel für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweist, zeigt;
9 ist eine Draufsicht, die das Ausgestaltungsbeispiel für die Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der zweiten Ausführungsform aufweist, zeigt;
10 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Ausgestaltungsbeispiels für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer dritten Ausführungsform aufweist, zeigt;
11 ist eine perspektivische Ansicht, die das Ausgestaltungsbeispiel für die Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der dritten Ausführungsform aufweist, zeigt;
12 ist eine Draufsicht, die einen Teil des Ausgestaltungsbeispiels für die Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der dritten Ausführungsform aufweist, zeigt;
13A bis 13O sind Schnittansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der dritten Ausführungsform aufweist, zeigen;
14A bis 14D sind Schnittansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer vierten Ausführungsform aufweist, zeigen;
15A bis 15D sind Schnittansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer fünften Ausführungsform aufweist, zeigen;
16A bis 16N sind Schnittansichten, die ein weiteres Beispiel für das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß der fünften Ausführungsform aufweist, zeigen;
17 ist eine Schnittansicht, die einen Schritt im Anschluss an 16N in dem Beispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß der fünften Ausführungsform aufweist, zeigt;
18 ist eine Draufsicht, die einen Teil eines Ausgestaltungsbeispiels für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß einer sechsten Ausführungsform aufweist, zeigt;
19 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Ausgestaltungsbeispiels für die Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der sechsten Ausführungsform aufweist, zeigt; und
20 ist ein Blockschaltplan, der ein Ausgestaltungsbeispiel für ein herkömmliches MEMS zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Die in 1 gezeigte Einrichtung wird erzeugt durch Ausbilden eines Systems, das MEMS-Einheiten 2, einen Speicher 3, einen Prozessor 4 und eine E/A 5 aufweist, auf einem Halbleitersubstrat 1. Die MEMS-Einheit 2 kann ein elektrisches Signal in physikalische Bewegung einer MEMS-Struktur umwandeln und wandelt physikalische Bewegung der MEMS-Struktur in ein elektrisches Signal um. Der Speicher 3 speichert ein Steuerprogramm und Daten, die erforderlich sind, um das gesamte System zu steuern. Der Prozessor 4 steuert das gesamte System entsprechend dem Steuerprogramm und den Daten, die in dem Speicher 3 gespeichert sind. Der Prozessor 4 sendet Steuerdaten an die MEMS-Einheit 2 und empfangt Betriebsdaten von der MEMS-Einheit 2. Die E/A 5 tauscht Daten mit einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) aus, die den Betrieb des Systems festsetzt.
Die MEMS-Einheit 2, der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 sind durch einen auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildeten Datenbus 6 miteinander verbunden. Der Datenbus 6 überträgt ein Steuerprogramm, Steuerdaten, Steuerdaten zur MEMS-Einheit 2 und Betriebsdaten von der MEMS-Einheit 2.
2 zeigt ein Ausgestaltungsbeispiel für die in 1 gezeigte MEMS-Einheit 2. Die MEMS-Einheit 2 umfasst eine MEMS-Struktur 20, die durch Mikrostrukturieren ausgebildet ist. Die MEMS-Struktur 20 ist eine Struktur, die bewegliche Abschnitte aufweist, wie etwa einen Schalter und einen Spiegel, die später beschrieben werden. Der bewegliche Abschnitt bewegt sich durch ein elektrisches Signal, das au die Steuerelektrode 21 geliefert wird. Die MEMS-Einheit 2 umfasst eine Steuerelektrode 21 (21-1 und 21-2), die ein Steuersignal (im Allgemeinen eine Spannung von mehreren zehn V bis zu mehreren hundert V) an die MEMS-Struktur 20 liefert, und eine Ansteuerschaltung 22, die entsprechend den Steuerdaten, die von einem Prozessor 26 der MEMS-Einheit 2 gesendet werden, ein Steuersignal erzeugt und das Steuersignal an die Steuerelektrode 21 ausgibt. Die MEMS-Einheit 2 umfasst außerdem eine Sensorelektrode 23 (23-1 und 23-2) zum Erfassen physikalischer Bewegung der MEMS-Struktur 20 und eine Sensorschaltung 24 (24-1 und 24-2), die entsprechend der physikalischen Bewegung der MEMS-Struktur 20, basierend auf dem Signal von der Sensorelektrode 23, Betriebsdaten erzeugt. Ferner umfasst die MEMS-Einheit 2 einen Speicher 25, der ein Steuerprogramm und für die Steuerung der MEMS-Einheit 2 erforderliche Daten speichert, und den Prozessor 26, der die gesamte MEMS-Einheit entsprechend dem Steuerprogramm und den Daten, die in dem Speicher 25 gespeichert sind, steuert und Steuerdaten, die an die Ansteuerschaltung 22 zu senden sind, und Betriebsdaten, die an den Prozessor 4 zu senden sind, basierend auf vom Prozessor 4 gesendeten Steuerdaten und von der Sensorschaltung 24 gesendeten Betriebsdaten der MEMS-Struktur 20 berechnet. Des Weiteren umfasst die MEMS-Einheit 2 eine E/A 27, die über den in 1 gezeigten Datenbus 6 Daten mit dem Prozessor 4 austauscht und einen Datenbus 28, der die Ansteuerschaltung 22, die Sensorschaltung 24, den Speicher 25, den Prozessor 26 und die E/A 27 verbindet und ein Steuerprogramm, für die Steuerung erforderliche Daten, Betriebsdaten und Steuerdaten überträgt.
3 zeigt ein Ausgestaltungsbeispiel für die MEMS-Einheit 2. 3 veranschaulicht einen Fall, in dem die MEMS-Struktur 20 ein MEMS-Spiegel ist, d. h. dass die MEMS-Einheit 2 eine MEMS-Spiegeleinheit ist. Die MEMS-Struktur 20 von 3 besteht aus einem Spiegelsubstrat 201, das aus einem leitfähigen Material gebildet ist, einem Spiegel 202, der in jeder von einer Mehrzahl von Öffnungen des Spiegelsubstrats 201 gebildet ist und mit dem Spiegelsubstrat 201 über einen Kopplungsabschnitt schwenkbar gekoppelt und elektrisch verbunden ist, und einem Trägerglied 203, das das Spiegelsubstrat 201 so trägt, dass es die Spiegel 202 oberhalb der Steuerelektrode 21 und der Sensorelektrode 23 in einem Abstand anordnet. Der Spiegel 202 ist über einen Kopplungsabschnitt (gestrichelter Abschnitt in 3), der wie eine Torsionsfeder wirkt, schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat 201 gekoppelt. Das Spiegelsubstrat 201 wird durch das Trägerelement 203 so getragen, dass das Spiegelsubstrat 201 von der darunterliegenden Steuerelektrode 21, der darunterliegenden Sensorelektrode 23 und dergleichen getrennt ist und ein vorgegebener Spalt ausgebildet wird.
Der Spiegel 202 ist im Öffnungsbereich des Spiegelsubstrats 201 angeordnet. Obwohl nicht gezeigt, ist ein beweglicher Rahmen zwischen dem Spiegel 202 und dem Spiegelsubstrat 201 eingefügt. Der Spiegel 202 ist über den Spiegelkopplungsabschnitt an den beweglichen Rahmen gekoppelt und ist durch den Spiegelkopplungsabschnitt schwenkbar gelagert. Der Spiegelkopplungsabschnitt ist ein Federelement wie etwa eine Torsionsfeder. Zwei Spiegelkopplungsabschnitte sind an den beiden Seiten des Spiegels 202 angeordnet, wobei sie mit dem Zentrum des Spiegels 202 ein Schichtelement bilden. Der bewegliche Rahmen ist über Rahmenkopplungsabschnitte an das Spiegelsubstrat 201 gekoppelt und ist durch die Rahmenkopplungsabschnitte schwenkbar gelagert. Bei dieser Ausgestaltung fungiert eine Achse, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte verläuft und parallel zum Spiegelsubstrat 201 ist, als Schwenkachse, und der bewegliche Rahmen ist schwenkbar. Der Spiegel 202 ist über die Spiegelkopplungsabschnitte an den beweglichen Rahmen gekoppelt und ist durch die Spiegelkopplungsabschnitte schwenkbar gelagert. Der Spiegel 202 kann um eine Achse, als Schwenkachse, schwenken, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte verläuft und parallel zum beweglichen Rahmen ist. Der Spiegel 202 kann folglich um die zwei Achsen, als Schwenkachsen, schwenken, d. h. die Achse, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte verläuft, und die Achse, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte verläuft. Die in 3 gezeigte MEMS-Struktur 20 ist eine optische Schalteinrichtung.
Die MEMS-Struktur 20 ist über eine dielektrische Zwischenschicht 31 auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Auf dem Halbleitersubstrat 1 ist unterhalb der dielektrischen Zwischenschicht 31 eine integrierte Schaltung ausgebildet. Ein Teil der integrierten Schaltung bildet die Ansteuerschaltung 22, die Sensorschaltungen 24-1 und 24-2, den Speicher 25, den Prozessor 26, die E/A 27 und den Datenbus 28.
Der Betrieb der Halbleitereinrichtung, die das MEMS gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, wird mit Bezug auf die Flussdiagramme von 4A und 4B anhand eines Falls, in dem die MEMS-Einheit 2 eine MEMS-Spiegel-Einheit ist, beispielhaft beschrieben. Der in 1 gezeigte Prozessor 4 erhält den Winkeleinstellwert des Spiegels 202 der zu steuernden MEMS-Einheit 2 von einer externen Einrichtung über die E/A 5 (Schritt S1) und sendet dann Winkelsteuerdaten, die den empfangenen Einstellwert repräsentieren, über den Datenbus 6 an die zu steuernde MEMS-Einheit 2 (Schritt S2). Nach dem Senden wartet der Prozessor 4 auf eine Antwort vom Prozessor 26 (Schritt S3).
Der Prozessor 26 der MEMS-Einheit 2 erhält die Winkelsteuerdaten vom Prozessor 4 über die E/A 27 und den Datenbus 28 (Schritt S11) und berechnet dann Steuerdaten entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus eines Steuerprogramms, das im Speicher 25 gespeichert ist (Schritt S12). Bei dieser Berechnung berechnet der Prozessor 26 den Wert einer Spannung, die an die Steuerelektroden 21-1 und 21-2 anzulegen ist, um den Spiegel 202 um einen Winkel zu schwenken, der durch die empfangenen Winkelsteuerdaten repräsentiert wird. Danach sendet der Prozessor 26 Spannungssteuerdaten mit dem berechneten Spannungswert über den Datenbus 28 an die Ansteuerschaltung 22 (Schritt S13).
Unter der Steuerung des Prozessors 26 erzeugt die Ansteuerschaltung 22 ein Steuersignal (Steuerspannung) entsprechend den Spannungssteuerdaten und liefert es an die Steuerelektro den 21-1 und 21-2. Der Spiegel 202 erhält eine vorgegebene Spannung von der Ansteuerschaltung 22 über das Trägerglied 203 und das Spiegelsubstrat 201. Wenn die Steuerspannung an den Steuerelektroden 21-1 und 21-2 anliegt, wird zwischen dem Spiegel 202 und den Steuerelektroden 21-1 und 21-2 eine elektrostatische Kraft erzeugt.
Wenn beispielsweise ein Winkeleinstellwert zum Schwenken des Spiegels 202 im Uhrzeigersinn um einen vorgegebenen Winkel festgesetzt ist, legt der Prozessor 26 über die Ansteuerschaltung 22 eine Spannung an die Steuerelektrode 21-1 an. Infolgedessen wird eine elektrostatische Kraft zwischen dem Spiegel 202 und der Steuerelektrode 21-1 erzeugt. Die rechte Seite des in 3 gezeigten Spiegels 202 empfängt eine nach unten gerichtete Kraft, und der Spiegel 202 schwenkt im Uhrzeigersinn um einen der erzeugten elektrostatischen Kraft entsprechenden Winkel.
Wenn der Spiegel 202 im Uhrzeigersinn schwenkt, verkürzt sich der Abstand zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-1, und die zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-1 gebildete elektrostatische Kapazität nimmt zu. Im entgegengesetzten Sinn nimmt der Abstand zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-2 zu, und die zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-2 gebildete elektrostatische Kapazität nimmt ab.
Die Sensorschaltung 24-1 ist mit der Sensorelektrode 23-1 elektrisch verbunden und ist über das Trägerglied 203 und das Spiegelsubstrat 201 mit dem Spiegel 202 elektrisch verbunden. Durch Erfassen der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-1 wird der Abstand zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-1 ermittelt und es werden Betriebsdaten (Abstandsdaten), die den ermittelten Abstand repräsentieren, über den Datenbus 28 an den Prozessor 26 gesendet.
Genauso ist die Sensorschaltung 24-2 mit der Sensorelektrode 23-2 elektrisch verbunden und ist über das Trägerglied 203 und das Spiegelsubstrat 201 mit dem Spiegel 202 elektrisch verbunden. Durch Erfassen der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-2 wird der Abstand zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-2 ermittelt, und es werden Betriebsdaten, die den Abstand zwischen dem Spiegel 202 und der Sensorelektrode 23-2 repräsentieren, an den Prozessor 26 gesendet.
Dementsprechend empfängt der Prozessor 26 Betriebsdaten von den Sensorschaltungen 24-1 und 24-2 (Schritt S14) und berechnet den Drehwinkel des Spiegels 202 anhand der empfangenen Betriebsdaten (Schritt S15). Der Prozessor 26 sendet Betriebsdaten (Winkeldaten), die den Drehwinkel repräsentieren, über den Datenbus 28 und die E/A 27 an den Prozessor 4 und vergleicht den durch den Prozessor 4 festgesetzten Winkeleinstellwert mit dem berechneten Drehwinkel (Schritt S16). Der Vergleich durch den Prozessor 26 kann basierend auf den im Schritt S11 empfangenen Winkelsteuerdaten durchgeführt werden.
Wenn als Ergebnis des Vergleichs der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 bis auf einen vorgegebenen Fehlerbereich übereinstimmen, behält der Prozessor 26 die Ausgangsspannungs-Steuerdaten bei. Wenn der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 nicht übereinstimmen, berechnet und korrigiert der Prozessor 26 den Wert einer an die Steuerelektroden 21-1 und 21-2 anzulegenden Spannung, um den Winkeleinstellwert und den Drehwinkel des Spiegels 202 in Übereinstimmung zu bringen (Schritt S17). Der Prozessor 26 sendet Spannungssteuerdaten mit dem berechneten Spannungswert an die Ansteuerschaltung 22 (Schritt S13). Auf diese Weise kann die MEMS-Struktur 20 gesteuert werden.
Wenn im Schritt S16 die Bedingung erfüllt ist („ja"), speichert der Prozessor 26 die Spannungssteuerdaten (anzulegende Spannung) in den Speicher 25 (Schritt S18) und meldet dem Prozessor 4, dass die Änderung abgeschlossen ist (Schritt S19).
Der Prozessor 26 führt in den Schritten S20 bis S24 das Beibehalten und Steuern des Drehwinkels des Spiegels 202 weiterhin aus, bis Winkelsteuerdaten empfangen werden (Schritt S11). Bei dem Beibehalten/Steuern liest der Prozessor 26 in Schritt S20 Spannungssteuerdaten aus, die im Speicher 25 gespeichert sind, und gibt die ausgelesenen Spannungssteuerdaten im Schritt S21 an die Ansteuerschaltung 22 aus. Der Prozessor 26 empfangt im Schritt S22 Betriebsdaten von der Sensorschaltung, berechnet im Schritt S23 den Drehwinkel des Spiegels 202 anhand der empfangenen Betriebsdaten und vergleicht im Schritt S24 den festgesetzten Winkeleinstellwert mit dem berechneten Drehwinkel. Wenn als Ergebnis des Vergleichs der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 bis auf einen vorgegebenen Fehlerbereich übereinstimmen, behält der Prozessor 26 die Ausgangsspannungs-Steuerdaten bei. Wenn der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 nicht übereinstimmen, geht der Prozessor 26 zum Schritt S25 weiter, um die Spannungssteuerdaten (anzulegende Spannung) zu korrigieren.
5 veranschaulicht einen Fall, in dem die MEMS-Einheit 2 eine MEMS-Spiegeleinheit ist. In diesem Fall sind die in 3 gezeigten MEMS-Einheiten 2 in einer Matrix angeordnet. Die MEMS-Einheiten 2, der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 sind auf dem einzigen Halbleitersubstrat 1 angeordnet und über den Datenbus 6 verbunden.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der ersten Ausführung die MEMS-Struktur 20 basierend auf Betriebsdaten von der Sensorschaltung 24 gesteuert, wodurch eine Steuerung mit höherer Präzision realisiert wird. Der Steuerungsteil kann unter Verwendung der MEMS-Einheit 2, in der die MEMS-Struktur 20 und der Steuerungsteil (Steuerelektrode 21, Ansteuerschaltung 22, Sensorelektrode 23, Sensorschaltung 24, Speicher 25, Prozessor 26, E/A 27 und Datenbus 28) auf dem einzigen Halbleitersubstrat 1 integriert sind, verkleinert werden. Die in 20 gezeigte herkömmliche Einrichtung benötigt viele Steuersignalleitungen zwischen einem elektronischen Bauelement und einer Steuereinrichtung. In der ersten Ausführungsform sind die MEMS-Struktur 20 und der Steuerungsteil auf einem einzigen Chip (Halbleitereinrichtung) ausgebildet, sodass die Anzahl der Signalleitungen, um einen Halbleiterchip und eine externe Einrichtung zu verbinden, im Vergleich zu der herkömmlichen Einrichtung stark reduziert werden kann. Folglich kann die erste Ausführungsform das MEMS außerordentlich verkleinern. Im Allgemeinen ist die durch die Sensorelektrode erfasste elektrostatische Kapazität sehr klein und es ist wegen des Einflusses der Störkapazität der Signalleitung schwierig, die Kapazität genau zu messen, wenn die Sensorschaltung nicht integriert ist. Im Gegensatz dazu kann die erste Ausführungsform eine präzise Messung erzielen, wobei der Einfluss der Störkapazität der Signalleitung durch das Integrieren der Sensorschaltung unterdrückt ist, und eine hochpräzise Bewegungssteuerung eines kleinen beweglichen Abschnitts, wie etwa eines Spiegels realisieren.
Für die erste Ausführungsform hat als Beispiel eine optische Schalteinrichtung mit einem Spiegel als kleiner beweglicher Abschnitt, wie in 3 gezeigt, gedient, aber eine Anwendung der Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, auch auf eine Antennenanlage mit variabler Richtwirkung angewendet werden, die durch Ersetzen eines Spiegelabschnitts durch eine kleine Antenne gebildet ist.
In einem ersten Vergleichsbeispiel ist die Ausgestaltung einer kompletten Halbleitereinrichtung mit einem MEMS die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, und gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen gleiche Teile. 6 zeigt eine MEMS-Einheit, die von jeder in 2 insofern verschieden ist, als die MEMS-Einheit weder Prozessor noch Speicher enthält.
Eine MEMS-Einheit 2a gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst die folgenden Teile:

1. eine MEMS-Struktur 20, die durch Mikrostrukturieren ausgebildet ist;
2. eine Steuerelektrode 21 (21-1 und 21-2), die ein Steuersignal (im Allgemeinen eine Spannung von mehreren zehn V bis zu mehreren hundert V) an die MEMS-Struktur 20 liefert;
3. eine Ansteuerschaltung 22, die ein Steuersignal entsprechend den von außerhalb der MEMS-Einheit 2a übertragenen Steuerdaten erzeugt und das Steuersignal an die Steuerelektrode 21 ausgibt;
4. eine Sensorelektrode 23 (23-1 und 23-2) zum Erfassen physikalischer Bewegung der MEMS-Struktur 20;
5. eine Sensorschaltung 24 (24-1 und 24-2), die Betriebsdaten entsprechend der physikalischen Bewegung der MEMS-Struktur 20 basierend auf dem Signal der Sensorelektrode 23 erzeugt und die Betriebsdaten nach außen bezüglich der MEMS-Einheit 2a sendet;
6. eine E/A 27, die über einen Datenbus 6 mit einem Prozessor 4 Daten austauscht; und
7. einen Datenbus 28, der die Ansteuerschaltung 22, die Sensorschaltung 24 und die E/A 27 verbindet und Betriebsdaten und Steuerdaten überträgt.

7 veranschaulicht einen Fall, in dem die MEMS-Struktur 20 ein MEMS-Spiegel ist, d. h. dass die MEMS-Einheit 2a eine MEMS-Spiegeleinheit ist. Die Ausgestaltung der in 7 gezeigten MEMS-Einheit 2a ist die gleiche wie die in 3, nur dass die Einheit weder Prozessor noch Speicher enthält.
Es wird ein Betriebsbeispiel für eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel anhand eines Falls, in dem die MEMS-Einheit 2a eine MEMS-Spiegeleinheit ist, beispielhaft beschrieben. Der Prozessor 4 erhält den Winkeleinstellwert eines Spiegels 202 der zu steuernden MEMS-Einheit 2a von einer externen Einrichtung über eine E/A 5 und berechnet Steuerdaten entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus eines Steuerprogramms, das in einem Speicher 3 gespeichert ist. Das heißt, der Prozessor 4 berechnet den Wert einer Spannung, die an die Steuerelektroden 21-1 und 21-2 der MEMS-Einheit 2a anzulegen ist, derart, dass der Spiegel 202 um einen Winkel geschwenkt wird, der durch den erhaltenen Winkeleinstellwert repräsentiert wird. Der Prozessor 4 sendet Spannungssteuerdaten mit dem berechneten Spannungswert über den Datenbus 6 an die zu steuernde MEMS-Einheit 2a.
Die Steuerschaltung 22 der MEMS-Einheit 2a erhält die Spannungssteuerdaten über die E/A 27 und den Datenbus 28, erzeugt ein Steuersignal (Steuerspannung) entsprechend den Spannungssteuerdaten und liefert es an die Steuerelektroden 21-1 und 21-2. Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wird dann, wenn die Steuerspannung an den Steuerelektroden 21-1 und 21-2 anliegt, zwischen dem Spiegel 202 und den Steuerelektroden 21-1 und 21-2 eine elektrostatische Kraft erzeugt und der Spiegel 202 schwenkt um einen der erzeugten elektrostatischen Kraft entsprechenden Winkel. Die Funktionsweise der Sensorschaltungen 24-1 und 24-2 ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Der Prozessor 4 berechnet den Drehwinkel des Spiegels 202 anhand der von den Sensorschaltungen 24-1 und 24-2 der MEMS-Einheit 2a erhaltenen Betriebsdaten und vergleicht den durch die externe Einrichtung festgesetzten Winkeleinstellwert mit dem berechneten Drehwinkel. Wenn, als Ergebnis des Vergleichs, der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 übereinstimmen, behält der Prozessor 4 die Ausgangsspannungs-Steuerdaten bei. Wenn der Winkeleinstellwert und der Drehwinkel des Spiegels 202 nicht übereinstimmen, berechnet der Prozessor 4 den Wert einer an die Steuerelektroden 21-1 und 21-2 anzulegenden Spannung, um den Winkeleinstellwert und den Drehwinkel des Spiegels 202 in Über einstimmung zu bringen. Der Prozessor 4 sendet Spannungssteuerdaten mit dem berechneten Spannungswert an die MEMS-Einheit 2a. Auf diese Art kann die MEMS-Struktur 20 gesteuert werden. Das erste Vergleichsbeispiel kann auch eine Halbleitereinrichtung bilden, die ein MEMS aufweist, wie in 5 gezeigt, indem die in 7 gezeigte MEMS-Einheit 2a verwendet wird.
Das erste Vergleichsbeispiel kann eine Steuerung mit höherer Präzision realisieren, da die MEMS-Struktur 20 basierend auf Betriebsdaten von der Sensorschaltung 24 gesteuert wird. Der Steuerungsteil kann unter Verwendung der MEMS-Einheit 2a, bei der die MEMS-Struktur 20 und der Steuerungsteil (Steuerelektrode 21, Ansteuerschaltung 22, Sensorelektrode 23, Sensorschaltung 24, E/A 27 und Datenbus 28) auf einem einzigen Substrat 1 integriert sind, verkleinert werden. Außerdem kann die Anzahl der extern an das MEMS angeschlossenen Signalleitungen im Vergleich zu der herkömmlichen Einrichtung stark reduziert werden, wodurch das MEMS außerordentlich verkleinert wird. Im Allgemeinen ist die durch die Sensorelektrode erfasste elektrostatische Kapazität sehr klein und es ist wegen des Einflusses der Störkapazität der Signalleitung schwierig, die Kapazität genau zu messen, wenn die Sensorschaltung nicht integriert ist. Jedoch kann das erste Vergleichsbeispiel eine präzise Messung erzielen, wobei der Einfluss der Störkapazität der Signalleitung durch das Integrieren der Sensorschaltung unterdrückt ist, und eine hochpräzise Spiegelsteuerung realisieren.
[Zweite Ausführungsform]
8 zeigt die Ausgestaltung einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die zweite Ausführungsform umfasst eine Halbleitereinrichtung 7, die eine MEMS aufweist, einen Speicher 3, der ein Steuerprogramm und Daten, die benötigt werden, um das System zu steuern, speichert, einen Prozessor 4, der das gesamte System entsprechend dem Steuerprogramm und den Daten, die in dem Speicher 3 gespeichert sind, steuert, Steuerdaten an die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, sendet und Betriebsdaten von der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, empfängt, eine E/A 5, die mit einer externen Einrichtung (nicht gezeigt) Daten zum Einstellen des Betriebs des Systems austauscht, und einen Datenbus 6, der die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, den Speicher 3, den Prozessor 4 und die E/A 5 verbindet und ein Steuerpro gramm, Steuerdaten, Steuerdaten an die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, und Betriebsdaten von der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, überträgt.
Die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, wird erzeugt durch Ausbilden mindestens einer MEMS-Einheit 2, die ein elektrisches Signal in physikalische Bewegung einer MEMS-Struktur umwandeln kann und physikalische Bewegung der MEMS-Struktur in ein elektrisches Signal umwandeln kann, und einer E/A 8 zum Senden von Steuerdaten vom Prozessor 4 an die MEMS-Einheit 2 und Senden von Betriebsdaten von der MEMS-Einheit 2 an den Prozessor 4 auf einem einzigen Substrat.
Der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 sind auf einem Halbleiterchip ausgebildet, der von der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, verschieden ist und zusammen mit der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, auf eine Leiterplatte montiert. Dabei können der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 auf einem einzigen Halbleiterchip oder auf verschiedenen Halbleiterchips ausgebildet sein. Die MEMS-Einheit 2 kann direkt mit dem Datenbus 6 verbunden werden, ohne die E/A 8 auf die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, zu montieren.
In 8 wird die MEMS-Einheit 2 verwendet, aber die zweite Ausführungsform kann auch mit Hilfe der in 2 gezeigten MEMS-Einheit 2 verwirklicht sein. Wenn die MEMS-Struktur 20 ein MEMS-Spiegel ist, kann die zweite Ausführungsform mit Hilfe der in 3 gezeigten zweiten Spiegeleinheit verwirklicht sein. Der Betrieb dieses Systems ist der gleiche wie jeder in der ersten Ausführungsform bei Verwendung der MEMS-Einheit 2.
9 zeigt ein Ausgestaltungsbeispiel für das System von 8. 9 veranschaulicht einen Fall, in dem die MEMS-Einheit 2 eine MEMS-Spiegeleinheit ist. In diesem Fall sind die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, das durch Anordnen einer Mehrzahl von in 3 gezeigten Spiegeleinheiten MEMS-Spiegeleinheiten 2 in einer Matrix auf einem einzigen Substrat gebildet ist, und der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5, die auf eifern Chip ausgebildet sind, der von der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, verschieden ist, auf z. B. eine Leiterplatte montiert. Die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 sind über den Datenbus 6 auf der Leiterplatte verbunden.
Die MEMS-Struktur 20 wird basierend auf Betriebsdaten von der Sensorschaltung 24 gesteuert, wodurch eine Steuerung mit höherer Präzision realisiert wird. Der Speicher 3, der Prozessor 4 und die E/A 5 sind auf einem Chip ausgebildet, der von der Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, verschieden ist und folglich kann die Halbleitereinrichtung 7, die ein MEMS aufweist, verkleinert werden.
Bei Verwendung der MEMS-Einheit, die durch Integrieren der MEMS-Struktur und des Steuerteils gebildet ist, können die erste und zweite Ausführungsform eine sehr kompakte Halbleitereinrichtung bereitstellen. Ferner kann eine Steuerung mit höherer Präzision realisiert werden, da die MEMS-Struktur basierend auf dem zweiten elektrischen Signal gesteuert wird, das der physikalischen Bewegung der MEMS-Struktur entspricht.
[Dritte Ausführungsform]
Es wird die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 10 zeigt eine optische Schalteinrichtung als ein Ausgestaltungsbeispiel für eine Halbleitereinrichtung, die eine Mehrzahl von MEMS-Einheiten aufweist. 11 zeigt schematisch die Ausgestaltung der optischen Schalteinrichtung von 10. 10 veranschaulicht hauptsächlich einen Abschnitt (Spiegelelement), der aus einem Spiegel gebildet ist, als eine Baueinheit der optischen Schalteinrichtung. Das Spiegelelement entspricht einer MEMS-Einheit. Beispielsweise sind mindestens eine Ansteuerschaltung 150 und eine Sensorschaltung 152 auf einem Halbleitersubstrat 101 aus z. B. Silizium ausgebildet. Auf dem Halbleitersubstrat 101 sind dielektrische Zwischenschichten 102 und 105 sowie eine Metallverbindungsschicht 104 ausgebildet.
Unterhalb der dielektrischen Zwischenschicht 102 des Halbleitersubstrats 101 ist eine integrierte Schaltung ausgebildet und ein Teil der integrierten Schaltung macht die Ansteuerschaltung 150 und die Sensorschaltungen 152 aus. Zusätzlich zu der Ansteuerschaltung 150 und den Sensorschaltungen 152 sind ein Speicher, ein Prozessor und eine E/A (nichts davon ist gezeigt) als Teil der integrierten Schaltung eingerichtet, ähnlich der Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, und der MEMS-Einheit 2, die in 1, 2 und 3 gezeigt sind.
Eine Anschlusselektrode 103, die Metallverbindungsschicht 104, die dielektrische Zwischenschicht 105, Trägerglieder 120, ein Spiegelsubstrat 130, ein Spiegel 131, Steuerelektroden 140 und Sensorelektroden 151 sind an der dielektrischen Zwischenschicht 102 angeordnet, die die zugrunde liegende integrierte Schaltung aufweist.
Das Trägerglied 120 ist auf dem Halbleitersubstrat 101 selektiv über die dielektrische Zwischenschicht 105 gebildet. Das Trägerglied 120 ist leitfähig und ist durch ein Durchgangsloch, das in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet ist, mit der Metallverbindungsschicht 104 elektrisch verbunden. Das Trägerglied 120 erhält ein vorgegebenes Potenzial (z. B. Erdpotenzial) über die in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildete Anschlusselektrode 103.
Das Spiegelsubstrat 130 wird durch die Trägerglieder 120 von der oberen Oberfläche der dielektrischen Zwischenschicht 105 entfernt getragen. Das Spiegelsubstrat 130 ist leitfähig, ist mit den Trägergliedern 120 elektrisch verbunden und weist einen Öffnungsbereich auf, wo der Spiegel 131 angeordnet ist. Wie in der perspektivischen Ansicht von 11 gezeigt, sind in einer Mehrzahl von Öffnungsbereichen des Spiegelsubstrats 130 Spiegel 131 angeordnet, und ein Spiegel 131 bildet ein Spiegelelement (MEMS-Einheit).
12 veranschaulicht einen auf einen Spiegel 131 zentrierten Bereich. Im Öffnungsbereich des Spiegelsubstrats 130 sind ein beweglicher Rahmen 133 und der Spiegel 131 angeordnet. Der bewegliche Rahmen 133 ist über ein Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat 130 gekoppelt. Der Spiegel 131 ist über ein Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 schwenkbar mit dem beweglichen Rahmen 133 gekoppelt. Jeder Kopplungsabschnitt ist aus einem Federelement wie etwa einer Torsionsfeder gebildet.
Ein beweglicher Rahmen 133 kann um eine Achse, als Schwenkachse, (in 12 in der Richtung von oben nach unten) schwenken, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 verläuft und parallel zum Spiegelsubstrat 130 ist. Der Spiegel 131 kann um eine Achse, als Schwenkachse, (in 12 in der Richtung von rechts nach links) schwenken, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 verläuft und parallel zum beweglichen Rahmen 133 ist. Demzufolge kann der Spiegel 131 um die zwei Achsen, als Schwenkachsen, schwenken, d. h. die Achse, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 verläuft, und die Achse, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 verläuft.
Der Spiegel 131 ist leitfähig und ist über die leitfähigen Kopplungsabschnitte (Rahmenkopplungsabschnitte 132, Spiegelkopplungsabschnitte 134 und beweglicher Rahmen 133) mit dem Spiegelsubstrat 130 elektrisch verbunden. Der Spiegel 131 erhält ein vorgegebenes Potenzial (z. B. Erdpotenzial) über die Metallverbindungsschicht 104, das Trägerglied 120, das Spiegelsubstrat 130 und Kopplungsabschnitte.
Die in 10 und 11 gezeigte optische Schalteinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Spiegelelementen, die in einer Matrix angeordnet (integriert) sind. Die Steuerelektrode 140 jedes Spiegelelements ist mit der Ansteuerschaltung 150 verbunden, und die Sensorelektrode 151 ist mit der Sensorschaltung 152 verbunden. Die Sensorschaltung 152 und die Ansteuerschaltung 150 sind über einen Bus mit einer integrierten Schaltung (nicht gezeigt), wie etwa einem Prozessor, verbunden und über E/As und Drahtleitungen 222 mit z. B. Flächenanschlüssen 221 verbunden. Die Flächenanschlüsse 221 sind an ein externes System angeschlossen, um die Funktion der optischen Schalteinrichtung, wobei sie als ein MEMS-System dient, zu erzielen.
Die Sensorelektrode 151 ist unterhalb des Spiegels 131 angeordnet, um die Stellung des Spiegels 131 zu erfassen. Die Sensorelektrode 151 ist auf dem Halbleitersubstrat 101 selektiv über die dielektrische Zwischenschicht 105 ausgebildet und unterhalb des Spiegels 131 (mit Ausnahme eines Abschnitts unmittelbar unter der Schwenkachse des Spiegels), in einem vorgegebenen Abstand vom Spiegel 131 angeordnet. Mindestens eine Sensorelektrode 151 ist an einer Seite oder jeder der zwei Seiten einer Schwenkachse für einen Spiegel 131 angeordnet. Die Sensorelektrode 151 ist durch ein in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildetes ist Durchgangsloch, die in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildete Anschlusselektrode 103 und die Metallverbindungsschicht 104 mit der auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildeten Sensorschaltung 152 verbunden.
Die Sensorschaltung 152 ist eine integrierte Schaltung eines Elements und einer Verbindung, die auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet sind. Die Sensorschaltung 152 ermittelt die Stellung des Spiegels 131, d. h. den Drehwinkel, durch Erfassen einer dem Spiegel 131 und der Sensorelektrode 151 entsprechenden elektrostatischen Kapazität, die sich in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Spiegels 131 ändert. Ein Signal, das den durch die Sensorschaltung 152 ermittelten Schwenkwinkel des Spiegels 131 repräsentiert, wird zur Ansteuerschaltung 150 rückgerührt.
Die Steuerelektrode 140 ist unterhalb des Spiegels 131 angeordnet, um die Stellung des Spiegels 131 zu steuern. Die Steuerelektrode 140 ist auf dem Halbleitersubstrat 101 selektiv über die dielektrische Zwischenschicht 105 ausgebildet und unterhalb des Spiegels 131 (mit Ausnahme eines Abschnitts direkt unter der Schwenkachse des Spiegels), in einem vorgegebenen Abstand vom Spiegel 131 angeordnet. Mindestens eine Steuerelektrode 140 ist an einer Seite oder jeder der zwei Seiten einer Schwenkachse für einen Spiegel 131 angeordnet. Die Steuerelektrode 140 ist durch ein in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildetes Durchgangsloch, die in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildete Anschlusselektrode 103 und die Metallverbindungsschicht 104 mit der auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildeten Ansteuerschaltung 150 verbunden.
Die Ansteuerschaltung 150 ist eine integrierte Schaltung eines Elements und einer Verbindung, die auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet sind. Die Ansteuerschaltung 150 erkennt den Schwenkwinkel des Spiegels 131 aus einem Signal, das von der Sensorschaltung 152 rückgeführt ist, und legt an die Steuerelektrode 140 eine Spannung zum Steuern des Schwenkzustandes (Schwenkbetrag) des Spiegels 131 so an, dass der durch die Sensorschaltung 152 ermittelte Schwenkwinkel des Spiegels 131 auf einen gewünschten Wert (z. B. einen durch ein externes System festgesetzten Wert) eingestellt wird.
Wenn die Ansteuerschaltung 150 eine Spannung an die Steuerelektrode 140 anlegt, um eine Potenzialdifferenz zwischen der Steuerelektrode 140 und dem Spiegel 131 zu erzeugen, werden in einem Abschnitt des Spiegels 131, der der Steuerelektrode 140 gegenüberliegt, Ladungen induziert. Der Spiegel 131 schwenkt durch eine elektrostatische Kraft (Coulomb'sche Kraft), die auf die Ladungen wirkt. Der Spiegel 131 stoppt in einer Position, in der ein Drehmoment um die Schwenkachse durch die elektrostatische Kraft und ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment, das an einer Torsionsfeder (Kopplungsabschnitt) erzeugt wird, im Gleichgewicht miteinander sind.
Die Ansteuerschaltung 150 und die Sensorschaltung 152 können für ein Spiegelelement eingerichtet sein. Alternativ können eine Ansteuerschaltung 150 und eine Sensorschaltung 152 wünschenswerterweise eine Mehrzahl von Spiegelelementen gleichzeitig steuern. Ihre Steuerungsoperation ist derjenigen jeder MEMS-Struktur 20 der Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, in 1, 2 und 3 gezeigt, gleich.
Die in 10 und 11 gezeigte optische Schalteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform kann verkleinert werden und besitzt eine hohe Leistungsfähigkeit, da die optische Schalteinrichtung auf einem Substrat ausgebildet ist, das in eine integrierte Schaltung integriert ist, die eine Ansteuerschaltung und eine Sensorschaltung enthält.
Es wird die Herstellung der optischen Schalteinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Wie in 13A gezeigt, werden aktive Schaltungen (nicht gezeigt), die die oben beschriebene Ansteuerschaltung 150 und Sensorschaltung 152 bilden, auf einem Halbleitersubstrat 101 aus einem Halbleiter wie etwa Silizium ausgebildet, und dann wird eine dielektrische Zwischenschicht 102 aus Siliziumoxid ausgebildet. In der dielektrischen Zwischenschicht 102 wird ein Anschluss ausgebildet und es wird eine Metallverbindungsschicht 104 ausgebildet und über den Anschluss und die Anschlusselektrode 103 mit einer tiefer liegenden Metallverbindung verbunden.
Diese Struktur kann durch bekannte Fotolithografie und Ätzen ausgebildet werden. Beispielsweise können die aktiven Schaltungen durch ein CMOS-LSI-Verfahren hergestellt werden. Die Anschlusselektrode 103 und die Metallverbindungsschicht 104 können durch Bilden und Bearbeiten eines Au/Ti-Metallfilms ausgebildet werden. Der Metallfilm wird aus einer unteren Ti-Schicht, die etwa 0,1 μm dick ist, und einer oberen Au-Schicht, die etwa 0,3 μm dick ist, hergestellt.
Der Metallfilm wird wie folgt ausgebildet: Au und Ti werden auf dem Siliziumoxidfilm durch Zerstäuben oder Aufdampfen gebildet. Der Au/Ti-Film wird durch Fotolithografie in eine vorgegebene Struktur gebracht. Dabei werden gleichzeitig eine Elektroden-Metallverbindung, ein Verbindungsabschnitt zum Anhaften eines später zu beschreibenden Spiegelsubstrats und eine Fotolack-Struktur zum Ausbilden einer Draht-Bondinsel ausgebildet. Der Au/Ti-Film wird durch Nassätzen unter Verwendung der Fotolack-Struktur als Maske selektiv entfernt und dann wird die Fotolack-Struktur entfernt, um eine Metallverbindungsschicht 104 auszubilden. Die Metallverbindungsschicht 104 weist die Elektroden-Metallverbindung, den Verbindungsabschnitt zum Verbinden eines später zu beschreibenden Spiegelsubstrats und die Draht-Bondinsel (nicht gezeigt) auf.
Nachdem diese Schichten ausgebildet worden sind, wird eine dielektrische Zwischenschicht 105 ausgebildet, um die Metallverbindungsschicht 104 zu bedecken. Die dielektrische Zwischenschicht 105 kann aus einem Polyimidfilm gebildet werden, der durch Aufbringen von Polybenzoxazol, das als lichtempfindliches, organisches Harz dient, in einer Schichtdicke von einigen μm hergestellt wird. Die dielektrische Zwischenschicht 105 kann aus einem anderen Nichtleitermaterial gebildet werden.
Wie in 13B gezeigt, wird eine Öffnung 105a in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet, um einen vorgegebenen Abschnitt der Metallverbindungsschicht 104 freizulegen. Wenn die dielektrische Zwischenschicht 105 aus einem lichtempfindlichen organischen Harz gebildet ist, wie oben beschrieben, wird durch Belichten und Entwickeln eine Struktur so ausgebildet, dass der Bereich der Öffnung 105a aufgemacht wird. Nachdem die Struktur ausgebildet worden ist, wird der Film ausgeheilt und ausgehärtet, um eine dielektrische Zwischenschicht 105 mit der Öffnung 105a auszubilden.
Wie in 13C gezeigt, wird eine Impfschicht 106 ausgebildet, um die dielektrische Zwischenschicht 105 einschließlich der Öffnung 105a zu bedecken. Die Impfschicht 106 ist z. B. ein Ti/Cu/Ti-Metallfilm und beide Schichtdicken, von Ti und Cu, betragen etwa 0,1 μm.
Wie in 13D gezeigt, wird eine Opferstruktur 301 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebildet. Die Opferstruktur 301 kann durch Bearbeiten z. B. eines Films aus Polybenzoxazol, das als lichtempfindliches organisches Harz dient, mittels Fotolithografie ausgebildet werden.
Beispielsweise wird ein durch Aufbringen von Polybenzoxazol gebildeter Polyimidfilm mittels eines Projektionssystems bei direktem Kontakt der verwendeten Fotomaske mit dem Wafer und eines Steppers unter Verwendung eines Retikels so belichtet und entwickelt, dass durch Fotolithografie Abschnitte aufgemacht werden, wo eine Steuerelektrodenstruktur, eine Sensorelektrodenstruktur, ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden eines Spiegelsubstrats und eine Draht-Bondinsel auszubilden sind. Der lichtempfindliche Abschnitt wird in einer Entwicklerlösung gelöst, wodurch eine Opferstruktur 301 mit den gewünschten Öffnungsbereichen ausgebildet wird.
Wie in 13E gezeigt, werden erste, zweite und dritte Cu-Metallstrukturen 121, 141 und 151a durch Elektroplattieren bis zur gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 301 an der Impfschicht 106, die in den Öffnungsbereichen des ersten Bereichs (Bereich der Ausbildung des Trägergliedes 120), des zweiten Bereichs (Bereich der Ausbildung der Steuerelektrode 140) und des dritten Bereichs (Bereich der Ausbildung der Sensorelektrode 151) freiliegt, ausgebildet. Dabei werden die Oberflächen der Metallstrukturen 121, 141 und 151a sowie der Opferstruktur 301 eben hergestellt, sodass sie nahezu bündig zueinander sind.
Wie in 13F gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 302 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebildet. Eine erste und zweite Cu-Metallstruktur, 122 und 142, werden durch Elektroplattieren bis zur gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 302 an der ersten und zweiten Metallstruktur, 121 und 141, die in den Öffnungen der Opferstruktur 302 freiliegen, ausgebildet. In diesem Fall wird keine Öffnung in der Opferstruktur 302 oberhalb der dritten Metallstruktur 151a ausgebildet, und die dritte Metallstruktur 151a ist mit der Opferstruktur 302 bedeckt. Dies ist lediglich ein Beispiel, und es kann eine Öffnung in der Opferstruktur 302 ausgebildet werden, um darüber hinaus eine Metallstruktur auszubilden.
Wie in 13G gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 401 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebil det. Eine erste und zweite Cu-Metallstruktur, 123 und 143, werden durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 401 an der ersten und zweiten Metallstruktur, 122 und 142, die in den Öffnungen der Opferstruktur 401 freiliegen, ausgebildet.
Wie in 13H gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 402 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebildet. Eine erste und zweite Cu-Metallstruktur, 124 und 144, werden durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 402 an der ersten und zweiten Metallstruktur, 123 und 143, die in den Öffnungen der Opferstruktur 402 freiliegen, ausgebildet.
Wie in 13I gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 403 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebildet. Eine vierte Cu-Metallstruktur 125 wird durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 403 an der ersten Metallstruktur 124, die in der Öffnung des vierten Bereichs (Bereich in dem ersten Bereich) der Opferstruktur 403 freiliegt, ausgebildet. In der Opferstruktur 403 wird oberhalb der zweiten Metallstruktur 144 keine Öffnung ausgebildet, und die zweite Metallstruktur 144 ist mit der Opferstruktur 403 bedeckt.
Wie in 13J gezeigt, wird eine Impfschicht 404 aus einem Ti/Au-Metallfilm an der Oberfläche der Opferstruktur 403 einschließlich der Oberfläche der vierten Metallstruktur 125 gebildet. Die Impfschicht 404 wird aus z. B. einer Ti-Schicht, 0,1 μm dick, und einer Au-Schicht, 0,1 μm dick, die an der Ti-Schicht ausgebildet wird, hergestellt. Nachdem die Impfschicht 404 ausgebildet worden ist, wird eine Fotolack-Struktur (Opferstruktur) 405, die oberhalb der vierten Metallstruktur 125 teilweise offen ist, ausgebildet.
Wie in 13K gezeigt, wird ein Au-Metallfilm (vierte Metallstruktur) 406, etwa 1 μm dick durch Elektroplattieren an der Impfschicht 404, die in der Öffnung der Fotolack-Struktur 405 freiliegt, ausgebildet. Wie in 13L gezeigt, wird die Fotolack-Struktur 405 entfernt, und dann wird die Impfschicht 404 durch Nassätzen unter Verwendung des Metallfilms 406 als Maske abgeätzt, wodurch, wie in 13M gezeigt, eine Metallstruktur 126 ausgebildet wird.
Die Opferstrukturen 301, 302, 401, 402 und 403 werden durch z. B. Veraschen unter Verwendung eines sogenannten Ozon-Plasmaätzers entfernt. Als Ergebnis, wie in 13N gezeigt, sind eine Struktur aus den Metallstrukturen 121, 122, 123, 124, 125 und 126, eine Struktur aus den Metallstrukturen 141, 142, 143 und 144 und eine Struktur aus der dritten Metallstruktur 151a mit Abständen dazwischen ausgebildet.
Danach wird die Impfschicht 106 unter Verwendung der Metallstrukturen 121, 141 und 151a als Maske durch Nassätzen selektiv abgeätzt, wodurch, wie in 13O gezeigt, ein Trägerglied 120, eine Steuerelektrode 140 und eine Sensorelektrode 151 gebildet werden. Ein Spiegelsubstrat 130, an dem ein Spiegel 131 über Kopplungsabschnitte (Rahmenkopplungsabschnitte 132, Spiegelkopplungsabschnitte 134 und ein beweglicher Rahmen 133) schwenkbar gelagert ist, wird an dem Trägerglied 120 verbunden und befestigt, wodurch eine optische Schalteinrichtung, wie in 10 gezeigt, gebildet wird. Das Spiegelsubstrat 130 kann durch Anhaften unter Verwendung eines Lots oder eines anisotropen, leitfähigen Klebstoffs an dem Trägerglied 120 verbunden und befestigt werden.
Gemäß der dritten Ausführungsform sind die Ansteuerschaltung 150 und die Sensorschaltung 152, die als aktive Schaltungen zum Ansteuern eines Spiegels und zum Ermitteln und Steuern des Schwenkwinkels des Spiegels dienen, auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet. Das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 sind dann wie oben beschrieben gebildet. Das Spiegelsubstrat 130 ist mit dem Trägerglied 120 verbunden, um eine optische Schalteinrichtung herzustellen. Die dritte Ausführungsform kann die optische Schalteinrichtung verkleinern und eine hochleistungsfähige optische Schalteinrichtung erzielen. Gemäß der dritten Ausführungsform ermittelt die Sensorschaltung 152 den Schwenkwinkel des Spiegels 131 basierend auf einem Signal von der Sensorelektrode 151, und die Ansteuerschaltung 150 steuert den Schwenkvorgang des Spiegels 131 anhand des ermittelten Schwenkwinkels. Demzufolge kann der Spiegel 131 mit hoher Präzision gesteuert werden.
[Vierte Ausführungsform]
Bei der vierten Ausführungsform sind die Schritte, bis zu denen, die mit Bezug auf 13A bis 13I beschrieben wurden, die gleichen wie die bei der dritten Ausführungsform, und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform wird eine Opferstruktur 403 ausgebildet und eine vierte Metallstruktur 125 wird bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 403 ausgebildet. Wie in 14A gezeigt, wird eine Impfschicht 404 aus einem Au/Ti-Metallfilm an der Oberfläche der Opferstruktur 403 einschließlich der Oberfläche der vierten Metallstruktur 125 gebildet. Die Impfschicht 404 ist aus z. B. einer Ti-Schicht, 0,1 μm dick, und einer Au-Schicht, 0,1 μm dick, die an der Ti-Schicht ausgebildet ist, hergestellt.
Nachdem die Impfschicht 404 ausgebildet worden ist, wird eine Fotolack-Struktur 601 ausgebildet. Wie in 14B gezeigt, wird ein 1 μm dicker Au-Metallfilm 602 durch Elektroplattieren an der freiliegenden Impfschicht 404, ausgenommen den Bereich der Ausbildung der Fotolack-Struktur 601, ausgebildet. Nachdem die Fotolack-Struktur 601 entfernt worden ist, wird die Impfschicht 404 unter Verwendung des Metallfilms 602 als Maske selektiv entfernt, um ein Durchgangsloch auszubilden, wodurch, wie in 14C gezeigt, ein Spiegelsubstrat 130 und ein Spiegel 131 gebildet werden.
Der Spiegel 131 ist am Spiegelsubstrat 130 durch Kopplungsabschnitte (Rahmenkopplungsabschnitte 132, Spiegelkopplungsabschnitte 134 und ein beweglicher Rahmen 133), die wie eine Torsionsfeder wirken, befestigt. Die Kopplungsabschnitte sind aus Abschnitten des Metallfilms 602 und der Impfschicht 404 gebildet, die nicht mit der Fotolack-Struktur 601 zwischen dem Spiegelsubstrat 130 und dem Spiegel 131 bedeckt sind.
Nachdem das Spiegelsubstrat 130 und der Spiegel 131 auf diese Weise ausgebildet worden sind, werden die Opferstrukturen 301, 302, 401, 402 und 403 unter Verwendung z. B. eines sogenannten Ozon-Plasmaätzers durch eine Öffnung (Durchgangsloch) zwischen dem Spiegelsubstrat 130 und dem Spiegel 131 hindurch verascht. Eine Impfschicht 106 wird unter Verwendung der Metallstrukturen 121, 141 und 151a als Maske selektiv entfernt, wodurch, wie in 14D gezeigt, ein Trägerglied 120, eine Steuerelektrode 140 und eine Sensorelektrode 151 unterhalb des Spiegelsubstrats 130 und Spiegels 131 gebildet werden. Der Spiegel 131 ist in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Steuerelektrode 140 und der Sensorelektrode 151 angeordnet.
Auch in der vierten Ausführungsform sind eine Ansteuerschaltung 150 und eine Sensorschaltung 152, die als aktive Schaltungen zum Ansteuern eines Spiegels und zum Ermitteln und Steuern des Schwenkwinkels des Spiegels dienen, auf einem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet. Das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 sind dann wie oben beschrieben gebildet. Das Spiegelsubstrat 130 ist mit dem Trägerglied 120 verbunden, um eine optische Schalteinrichtung herzustellen. Die vierte Ausführungsform kann die optische Schalteinrichtung verkleinern und eine hochleistungsfähige optische Schalteinrichtung erzielen. Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ermittelt die Sensorschaltung 152 den Schwenkwinkel des Spiegels 131 basierend auf einem Signal von der Sensorelektrode 151 und die Ansteuerschaltung 150 steuert den Schwenkvorgang des Spiegels 131 anhand des ermittelten Schwenkwinkels. Der Spiegel 131 kann mit hoher Präzision gesteuert werden.
Das Spiegelsubstrat 130 wird ohne Adhäsion gebildet und der Adhäsionsschritt kann weggelassen werden, was einen Vorteil bei der Herstellung bietet. Dem Fachmann wird es unschwer in den Sinn kommen, dass der Spiegel 131 durch Stapeln vieler Metallschichten, die plattiert werden können, mit unterschiedlichem Beanspruchungsverhalten so hergestellt werden kann, dass die Beanspruchung gesteuert wird, um eine Verwölbung des Metallspiegels durch die Beanspruchung zu vermeiden.
[Fünfte Ausführungsform]
Bei der fünften Ausführungsform sind die Schritte, bis zu denen, die mit Bezug auf 13A bis 13I beschrieben wurden, die gleichen wie die bei der dritten Ausführungsform, und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet. Bei der fünften Ausführungsform wird eine Opferstruktur 403 ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ausgebildet und eine vierte Metallstruktur 125 wird bis zu der gleichen Dicke wie jene der Opferstruktur 403 ausgebildet. Wie in 15A gezeigt, wird ein Polysilizium-Dünnfilm 701 in einer Schichtdicke von 1 μm an der Oberfläche der Opferstruktur 403, einschließlich der Oberfläche der vierten Me tallstruktur 125, durch ECR-CVD, wodurch ein Dünnfilm bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur aufgebracht werden kann, ausgebildet.
Nachdem der Dünnfilm 701 gebildet worden ist, wird eine Fotolack-Struktur 702 gebildet, wie in 15B gezeigt. Der Dünnfilm 701 wird von der Öffnung der Fotolack-Struktur 702 selektiv abgeätzt, um ein Durchgangsloch zu bilden. Die Fotolack-Struktur 702 wird entfernt, um, wie in 15C gezeigt, ein Spiegelsubstrat 730 und einen Spiegel 731 zu bilden.
Nachdem das Spiegelsubstrat 730 und der Spiegel 731 ausgebildet worden sind, werden die Opferstrukturen 301, 302, 401, 402 und 403 unter Verwendung z. B. eines sogenannten Ozon-Plasmaätzers durch eine Öffnung (Durchgangsloch) zwischen dem Spiegelsubstrat 730 und dem Spiegel 731 hindurch verascht. Eine Impfschicht 106 wird unter Verwendung der Metallstrukturen 121, 141 und 151a als Maske selektiv entfernt, wodurch, wie in 15D gezeigt, ein Trägerglied 120, eine Steuerelektrode 140 und eine Sensorelektrode 151 unterhalb des Spiegelsubstrats 730 und Spiegels 731 gebildet werden. Der Spiegel 731 ist in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Steuerelektrode 140 und der Sensorelektrode 151 angeordnet.
Der Spiegel 731 ist am Spiegelsubstrat 730 durch Kopplungsabschnitte (Rahmenkopplungsabschnitte 132, Spiegelkopplungsabschnitte 134 und ein beweglicher Rahmen 133), die wie eine Torsionsfeder wirken, befestigt. Die Kopplungsabschnitte sind aus Abschnitten des Dünnfilms 701 unterhalb der Öffnungen der Fotolack-Struktur 702 zwischen dem Spiegelsubstrat 730 und dem Spiegel 731 gebildet.
Eine Ansteuerschaltung 150 und eine Sensorschaltung 152, die als aktive Schaltungen zum Ansteuern eines Spiegels und zum Ermitteln und Steuern des Schwenkwinkels des Spiegels dienen, sind auf einem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet. Das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 sind dann wie oben beschrieben gebildet. Das Spiegelsubstrat 730 wird mit dem Trägerglied 120 verbunden, um eine optische Schalteinrichtung herzustellen. Die fünfte Ausführungsform kann die optische Schalteinrichtung verkleinern und eine hochleistungsfähige optische Schalteinrichtung erzielen. Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ermittelt die Sensorschaltung 152 den Schwenkwinkel des Spiegels 731 basierend auf einem Signal von der Sensorelektrode 151 und die Ansteuerschaltung 150 steuert den Schwenkvorgang des Spiegels 731 anhand des ermittelten Schwenkwinkels. Der Spiegel 731 kann mit hoher Präzision gesteuert werden. Bei der fünften Ausführungsform wird das Spiegelsubstrat 730 ohne Adhäsion gebildet und der Adhäsionsschritt kann weggelassen werden, was einen Vorteil bei der Herstellung bietet.
Das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 sind bei der dritten bis fünften Ausführungsform durch Verkupferung gebildet, können aber durch Plattieren eines dazu fähigen Metalls, wie etwa Gold, gebildet sein. In diesem Fall wird eine Impfschicht aus Ti/Au hergestellt.
Gemäß der dritten bis fünften Ausführungsform ist eine Ansteuerschaltung auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet, und oberhalb der Ansteuerschaltung ist ein Spiegelelement, bestehend aus einem Spiegel, dessen Funktionsweise durch die Ansteuerschaltung gesteuert wird, ausgebildet. Diese Ausführungsformen können eine hochwertigere optische Schalteinrichtung einfacher als der Stand der Technik bereitstellen, wobei es nicht zu Minderungen des Integrationsgrades oder der Ausbeute kommt. Eine Sensorelektrode ist unterhalb des Spiegels ausgebildet und eine Sensorschaltung ist auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die Sensorschaltung ermittelt den Schwenkwinkel des Spiegels basierend auf einem Signal von der Sensorelektrode und die Ansteuerschaltung steuert den Schwenkvorgang des Spiegels anhand des ermittelten Schwenkwinkels. Der Spiegel kann mit hoher Präzision gesteuert werden.
Falls der leitfähige Spiegel 131 und die Steuerelektrode 140 bei Kontakt leitend werden, reagieren die Kontaktabschnitte und werden vereinigt, und der Spiegel 131 und die Steuerelektrode 140 können nicht durch die Federkraft des Spiegels 131 in den ursprünglichen Zustand zurückkehren. Diese Erscheinung wird Festkleben oder Fixieren genannt und kann beim Bewegen des Spiegels ein Problem bereiten. Man nimmt an, dass diese Erscheinung auftritt, wenn eine Art Widerstandsschweißen stattfindet, weil der Kontakt zwischen dem Spiegel und der Steuerelektrode bei Anliegen einer hohen Spannung dasselbe wie eine sogenannte Punktschweißeinrichtung ist.
Um das Phänomen des Festklebens zu vermeiden, wird mindestens eine Kontaktfläche nichtleitend gemacht. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein organischer Dünnfilm, der als Isolator dient, als Schutzfilm an der Steuerelektrode ausgebildet.
Beispielsweise wird, bevor das Spiegelsubstrat 130 mit dem Spiegel 131 auf dem Trägerglied 120 angeordnet wird, ein organisches Material auf die dielektrische Zwischenschicht 105 aufgebracht, an der die Steuerelektrode 140 und das Trägerglied 120 ausgebildet sind, wodurch ein Schutzfilm ausgebildet wird, der einen Isolator bildet, der die Steuerelektrode 140 bedeckt. Jedoch wird auch an dem Trägerglied 120 der organische Film durch Beschichten ausgebildet. Es muss ein lichtempfindlicher organischer Film gebildet und durch bekannte Fotolithografie strukturiert werden, um einen unnötigen Abschnitt zu entfernen.
Bei einer komplizierten dreidimensionalen Struktur, wie in 10 gezeigt, erfolgt das Strukturieren durch Fotolithografie mit einer Belichtung mit Strahlung im ultra-fernen UV-Bereich. Die Ausbildung eines organischen Films, der die Steuerelektrode 140 bedeckt, erfordert viele Fotomasken. Aufgrund des Vorhandenseins einer hohen Stufe kann kein organischer Film in einem Bereich ausgebildet werden, in dem ein organischer Film ausgebildet werden soll, z. B. oberhalb der Steuerelektrode 140 – wegen der schlechten Stufenüberdeckung einer Überzugsschicht beim Bilden eines Films durch Aufbringen eines organischen Materials.
In diesem Fall kann auch bei einer komplizierten dreidimensionalen Struktur einem Festkleben vorgebeugt werden, indem teilweise ein organischer Film an z. B. der Steuerelektrode 140 durch das folgende Verfahren ausgebildet wird.
Wie in 16A gezeigt, werden aktive Schaltungen (nicht gezeigt), die die oben erwähnte Ansteuerschaltung und dergleichen bilden, auf einem Halbleitersubstrat 101 aus einem Halbleiter wie etwa Silizium ausgebildet und dann wird eine dielektrische Zwischenschicht 102 aus Siliziumoxid ausgebildet. In der dielektrischen Zwischenschicht 102 wird ein Anschluss ausgebildet und es wird eine Metallverbindungsschicht 104 ausgebildet und über den Anschluss und die Anschlusselektrode 103 mit einer tiefer liegenden Metallverbindung verbunden.
Diese Struktur kann durch bekannte Fotolithografie und Ätzen ausgebildet werden. Beispielsweise können die aktiven Schaltungen durch ein CMOS-LSI-Verfahren hergestellt werden. Die Anschlusselektrode 103 und die Metallverbindungsschicht 104 können durch Bilden und Bearbeiten eines Au/Ti-Metallfilms ausgebildet werden. Der Metallfilm besteht aus einer unteren Ti-Schicht, die etwa 0,1 μm dick ist, und einer oberen Au-Schicht, die ungefähr 0,3 μm dick ist.
Der Metallfilm wird wie folgt ausgebildet: Au und Ti werden an dem Siliziumoxidfilm durch Zerstäuben oder Aufdampfen ausgebildet. Dann wird durch Fotolithografie eine vorgegebene Struktur ausgebildet. Dabei werden gleichzeitig eine Elektroden-Metallverbindung, ein Verbindungsabschnitt zum Anhaften eines später zu beschreibenden Spiegelsubstrats und eine Fotolack-Struktur zum Ausbilden einer Draht-Bondinsel gebildet. Der Au/Ti-Film wird durch Nassätzen unter Verwendung der Fotolack-Struktur als Maske selektiv entfernt und dann wird die Fotolack-Struktur entfernt, um eine Metallverbindungsschicht 104 auszubilden. Die Metallverbindungsschicht 104 weist die Elektroden-Metallverbindung, den Verbindungsabschnitt zum Verbinden eines später zu beschreibenden Spiegelsubstrats und die Draht-Bondinsel (nicht gezeigt) auf.
Nachdem diese Schichten ausgebildet worden sind, wird eine dielektrische Zwischenschicht 105 ausgebildet, um die Metallverbindungsschicht 104 zu bedecken. Die dielektrische Zwischenschicht 105 kann aus einem Polyimidfilm gebildet werden, der durch Aufbringen von Polybenzoxazol, das als lichtempfindliches, organisches Harz dient, in einer Schichtdicke von einigen μm hergestellt wird. Die dielektrische Zwischenschicht 105 kann aus einem anderen Nichtleitermaterial gebildet werden.
Wie in 16B gezeigt, wird eine Öffnung 105a in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet, um einen vorgegebenen Abschnitt der Metallverbindungsschicht 104 freizulegen. Wenn die dielektrische Zwischenschicht 105 aus einem lichtempfindlichen organischen Harz gebildet ist, wie oben beschrieben, wird durch Belichten und Entwickeln eine Struktur so ausgebildet, dass der Bereich der Öffnung 105a freigemacht wird. Nachdem die Struktur ausge bildet worden ist, wird der Film ausgeheilt und ausgehärtet, um eine dielektrische Zwischenschicht 105, die Öffnung 105a aufweisend, auszubilden.
Wie in 16C gezeigt, wird beispielsweise eine untere Ti-Impfschicht 106a ungefähr 0,1 μm dick ausgebildet, um die dielektrische Zwischenschicht 105 einschließlich des Innenbereichs der Öffnung 105a zu bedecken. Außerdem wird beispielsweise eine obere Au-Impfschicht 106b ungefähr 0,3 μm dick an der unteren Impfschicht 106a ausgebildet.
Wie in 16D gezeigt, wird eine Opferstruktur 211 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem ebenen Abschnitt ausgebildet. Die Opferstruktur 211 weist Öffnungen auf, um eine Metallstruktur 141, die als eine später zu beschreibende Steuerelektrode 140 dient, und eine Metallstruktur 151a, die als eine später zu beschreibende Sensorelektrode 151 dient, zu bilden.
Die Opferstruktur 211 kann durch Bearbeiten z. B. eines Films aus Polybenzoxazol, das als lichtempfindliches organisches Harz dient, mittels Fotolithografie ausgebildet werden. Beispielsweise wird ein durch Aufbringen von Polybenzoxazol gebildeter Polyimidfilm mit einem Projektionssystem bei direktem Kontakt der verwendeten Fotomaske mit dem Wafer und einem Stepper unter Verwendung eines Retikels so belichtet und entwickelt, dass durch Fotolithografie Abschnitte aufgemacht werden, wo eine Steuerelektrodenstruktur, eine Sensorelektrodenstruktur, ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden eines Spiegelsubstrats und eine Draht-Bondinsel auszubilden sind. Der lichtempfindliche Abschnitt wird in einer Entwicklerlösung gelöst, wodurch eine Opferstruktur 211 mit den gewünschten Öffnungsbereichen ausgebildet wird.
Wie in 16E gezeigt, werden durch Elektroplattieren Metallstrukturen 121, 141 und 151a bis zu der gleichen Dicke wie jene der Opferstruktur 211 an der oberen Impfschicht 106b gebildet, die in den Öffnungsabschnitten der Opferstruktur 211 freiliegt. Dabei werden die Oberflächen der Metallstrukturen 121, 141 und 151a sowie der Opferstruktur 211 eben hergestellt, sodass sie nahezu bündig zueinander sind. Abschnitte, in denen die Au-Metallstrukturen 121 und 141 ausgebildet sind, werden mit der darunterliegenden oberen Au-Impfschicht 106b vereinigt.
Wie in 16F gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 212 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem flachen Abschnitt ausgebildet. Au-Metallstrukturen 122 und 142 werden durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie jene der Opferstruktur 212 an den Metallstrukturen 121 und 141, die in den Öffnungen der Opferstruktur 212 freiliegen, ausgebildet. Dabei ist die Metallstruktur 151a mit der Opferstruktur 212 bedeckt.
Wie in 16G gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 213 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem flachen Abschnitt ausgebildet. Au-Metallstrukturen 123 und 143 werden durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie jene der Opferstruktur 213 an den Metallstrukturen 122 und 142, die in den Öffnungen der Opferstruktur 213 freiliegen, ausgebildet.
Wie in 16H gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 214 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem flachen Abschnitt ausgebildet. Au-Metallstrukturen 124 und 144 werden durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 214 an den Metallstrukturen 123 und 143, die in den Öffnungen der Opferstruktur 214 freiliegen, ausgebildet.
Wie in 16I gezeigt, wird durch das gleiche Verfahren, wie oben beschrieben, eine Opferstruktur 215 mit einer Schichtdicke von etwa 17 μm in einem flachen Abschnitt ausgebildet. Eine Au-Metallstruktur 125 wird durch Elektroplattieren bis zu der gleichen Dicke wie die der Opferstruktur 215 an der Metallstruktur 124, die in der Öffnung der Opferstruktur 215 freiliegt, ausgebildet. In der Opferstruktur 215 wird oberhalb der Metallstruktur 144 keine Öffnung ausgebildet und die Metallstruktur 144 ist mit der Operstruktur 215 bedeckt.
Die Opferstrukturen 211, 212, 213, 214 und 215 werden durch z. B. Veraschen unter Verwendung eines sogenannten Ozon-Plasmaätzers entfernt. Als Ergebnis ist, wie in 16J gezeigt, eine Struktur aus den Metallstrukturen 121, 122, 123, 124 und 125, eine Struktur aus den Metallstrukturen 141, 142, 143 und 144 und die Metallstruktur 151a mit Abständen dazwischen ausgebildet.
Danach wird die obere Au-Impfschicht 106b unter Verwendung der Metallstrukturen 121, 141 und 151a als Maske durch Nassätzen mit einer Iod/Ammoniumiodid-Lösung selektiv abgeätzt, wodurch die untere Impfschicht 106a zwischen den ersten Metallstrukturen 121, 141 und 151a, wie in 16K gezeigt, freigelegt wird. Die Metallstrukturen 121, 122, 123, 124 und 125 bilden ein Trägerglied 120, die Metallstrukturen 141, 142, 143 und 144 bilden eine Steuerelektrode 140 und die dritten Metallstrukturen 151a bilden eine Sensorelektrode 151.
Die untere Impfschicht 106a wird durch Nassätzen mit einer Flusssäurelösung unter Verwendung des Trägergliedes 120, der Steuerelektrode 140 und der dritten Metallstruktur 151a als Maske selektiv entfernt. Folglich wird, wie in 16L gezeigt, die obere Oberfläche der dielektrischen Zwischenschicht 105 bis auf die Regionen des Trägergliedes 120, der Steuerelektrode 140 und der Sensorelektrode 151 freigelegt. Bei diesem Aufbau sind das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 aufgrund der dielektrischen Zwischenschicht 105 voneinander isoliert.
Wie in 16M gezeigt, wird eine lichtempfindliche Harzstruktur 411 durch Schablonendruck, wie etwa Siebdruck, so ausgebildet, dass sie die Steuerelektrode 140 bedeckt. Die lichtempfindliche Harzstruktur 411 wird z. B. aus lichtempfindlichem Polybenzoxazol gebildet.
Die Ausbildung der lichtempfindlichen Harzstruktur 411 durch dieses Druckverfahren wird kurz erläutert. Es wird ein Sieb hergestellt, dessen Außenfläche mit einem Maskenfilm bedeckt ist, der eine Öffnungsstruktur aufweist, die dem Bereich entspricht, in dem die Steuerelektrode 140 gebildet wird. Das Sieb ist an einem vorgegebenen Rahmen angebracht.
Die relative räumliche Beziehung zwischen dem Halbleitersubstrat 101 und dem Sieb wird so eingestellt, dass die Öffnungsstruktur des Maskenfilms oberhalb der Steuerelektrode 140 angeordnet ist, wobei die Fläche der Ausbildung (Außenfläche) des Maskenfilms der Steuerelektrode 140 zugekehrt ist. Nachdem die relative räumliche Beziehung eingestellt worden ist, wird lichtempfindliches Polybenzoxazol, oben beschrieben, auf eine Oberfläche (Innenfläche) des Siebs aufgebracht, an der kein Maskenfilm ausgebildet ist. Das Sieb und das Halbleiter substrat 101 werden einander bis auf einen vorgegebenen Abstand genähert und dann fixiert. Die Innenfläche des Siebs wird mit einer Rakel gleitend gepresst.
Folglich tritt ein Teil des Polybenzoxazols durch das Gewebe des Siebs, das in der Öffnung des Maskenfilms freiliegt. Eine lichtempfindliche Harzstruktur 411, die die Steuerelektrode 140 des Halbleitersubstrats 101 bedeckt, kann aus hindurchtretendem Polybenzoxazol gebildet werden. Die Schichtdicke der lichtempfindlichen Harzstruktur 411 wird durch die Viskosität des Polybenzoxazols, den angewendeten Druck der Rakel usw. gesteuert. Die Schichtdicke der lichtempfindlichen Harzstruktur 411 wird auf z. B. etwa 1 μm eingestellt.
Durch Ausbilden der lichtempfindlichen Harzstruktur 411 mit Hilfe dieses Druckverfahrens kann eine Harzstruktur mit einer gewünschten Schichtdicke ohne Einfluss einer peripheren Struktur, wie etwa des Trägergliedes 120, ausgebildet werden.
Wenn der Maskenfilm in ausreichendem Maße das gleitende Pressen mit der Rakel aushalten kann, ist es auch möglich, die lichtempfindliche Harzstruktur 411 aus lichtempfindlichem Polybenzoaxol nur mittels des Maskenfilms, ohne irgendein Siebgewebe, zu schablonieren (zu drucken).
Ein gewünschter Bereich der lichtempfindlichen Harzstruktur 411, einschließlich des oberen Endes der Steuerelektrode 140, wird belichtet und entwickelt, um einen Schutzfilm 412 zu bilden, der einen vorgegebenen Bereich, einschließlich des oberen Endes der Steuerelektrode 140 bedeckt, wie in 16N gezeigt. Wenn beispielsweise die lichtempfindliche Harzstruktur 411 negativ lichtempfindlich ist, wird der Bereich der Ausbildung des Schutzfilms 412, in 16N gezeigt, mit zum Belichten dienendem Licht bestrahlt und dann entwickelt. Durch dieses Verfahren kann der Schutzfilm 412 in einem gewünschten Bereich ausgebildet werden.
Der Stand der Technik erfordert Fotolithografie mit einer Belichtung mit Strahlung im ultra-fernen UV-Bereich, um die oben erwähnte Struktur auf einer komplizierten dreidimensionalen Struktur wie etwa der Steuerelektrode 140 auszubilden.
Im Gegensatz dazu wird gemäß diesem Herstellungsverfahren die lichtempfindliche Harzstruktur 411 im Bereich der Steuerelektrode 140 ungefähr 1 μm dick durch Drucken ausgebildet. Der Schutzfilm 412 kann durch bekannte Fotolithografie strukturiert werden.
Der Rahmen eines Spiegelsubstrats (Spiegelstruktur) 130, an dem ein Spiegel (plattenartiger, beweglicher Abschnitt) 131 über Kopplungsabschnitte (nicht gezeigt) schwenkbar angeordnet ist, ist an dem Trägerglied 120 verbunden und befestigt, wodurch ein optisches Schaltelement, in 17 gezeigt, gebildet ist. Das Spiegelsubstrat 130 kann durch Anhaften unter Verwendung von Lot oder anisotropem, leitfähigem Klebstoff an dem Trägerglied 120 verbunden und befestigt werden.
Es wird das in 17 gezeigte optische Schaltelement beschrieben. Das optische Schaltelement besteht aus dem Spiegelsubstrat 130, das durch die leitfähigen Trägerglieder 120 auf der dielektrischen Zwischenschicht 105 getragen wird, die in dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet ist und einen Öffnungsbereich aufweist, dem Spiegel 131, der im Öffnungsbereich des Spiegelsubstrats 130 schwenkbar angeordnet ist, und den Steuerelektroden 140, der Ansteuerschaltung 150, Sensorelektroden 151 und Sensorschaltungen 152 zum Schwenken des Spiegels 131. Beispielsweise sind das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 in derselben Ebene an der dielektrischen Zwischenschicht 105 angeordnet. Das Trägerglied 120, die Steuerelektrode 140 und die Sensorelektrode 151 sind auf z. B. einem Silizium-Halbleitersubstrat 101 integriert. Die Abschnitte für die Ausbildung der Ansteuerschaltung 150 und der Sensorschaltung 152 sind unterhalb der dielektrischen Zwischenschicht 102 angeordnet. Die Steuerelektrode 140, die Sensorelektrode 151 und das Trägerglied 120 sind mit der unter der dielektrischen Zwischenschicht 105 angeordneten Metallverbindungsschicht 104 verbunden. Diese Anordnung ist der in 10 gezeigten gleich.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird die Oberfläche der Steuerelektrode 140 mit dem aus einem isolierenden Harz gebildeten Schutzfilm 412 bedeckt. Dies kann einer Fixierung zwischen z. B. dem oberen Abschnitt der Steuerelektrode 140 und der Unterseite des Spiegels 131 vorbeugen.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann, auch wenn eine Struktur mit einer hohen Stufe, wie etwa die Steuerelektrode 140, ausgebildet wird, ein Schutzfilm an der Oberfläche einer komplizierten Struktur gleichmäßig ausgebildet werden, ohne viele Fotomasken zu verwenden und die Anzahl der Prozesse zu erhöhen.
Bei diesem Herstellungsverfahren wird eine lichtempfindliche Harzstruktur durch Drucken gebildet und durch übliche Fotolithografie in einen Schutzfilm, der einen gewünschten Bereich der Steuerelektrode bedeckt, strukturiert.
Drucken allein macht es schwer, bei der Ausgestaltung der dünnen Steuerelektrode und des Trägergliedes eine Harzstruktur auf einem Teil der Steuerelektrode auszubilden. Das oben beschriebene Drucken kann jedoch, ohne Einfluss einer komplizierten dreidimensionalen Struktur wie des Trägergliedes, eine Struktur mit einer gewünschten Schichtdicke in dem Steuerelektrodenbereich ausbilden. Die Struktur kann mit einer geringen Schichtdicke gebildet und durch übliche Fotolithografie strukturiert werden.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird eine lichtempfindliche Harzstruktur, die eine gewünschte Schichtdicke aufweist, nur in einem Bereich bei der Steuerelektrode gebildet und dann durch bekannte Fotolithografie strukturiert. Auch bei Vorhandensein einer hohen Stufe bei dem Trägerglied oder dergleichen kann ein Schutzfilm in einem gewünschten Bereich ausgebildet werden.
Vier Metall-Schichtstrukturen bilden eine Steuerelektrode und fünf Metall-Schichtstrukturen bilden ein Trägerglied, derart, dass das Trägerglied höher als die Steuerelektrode wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Metallstrukturabschnitte der Steuerelektrode und des Trägergliedes, die durch identische Schichten gebildet sind, haben die gleiche Dicke. Wenn die Anzahl der Metall-Schichtstrukturen des Trägergliedes um mindestens eins größer als die der Steuerelektrode ist, dann ist das Trägerglied höher als die Steuerelektrode eingerichtet. Beispielsweise kann das Trägerglied aus zwei Metall-Schichtstrukturen gebildet sein und die Steuerelektrode kann aus einer Metallstruktur gebildet sein. Indem das Trägerglied höher eingerichtet wird, kann der Spiegel bewegt werden, auch wenn die Steuerelektrode unterhalb des Spiegels vorhanden ist, der an dem Trägerglied befestigt ist.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren wird eine durch Schablonendruck ausgebildete Harzstruktur durch Fotolithografie strukturiert, um einen Schutzfilm zu bilden, der mindestens das obere Ende der Steuerelektrode bedeckt. Als Ergebnis kann auch auf einer Steuerelektrode, die in einer komplizierten dreidimensionalen Struktur geformt ist, ein Schutzfilm leicht ausgebildet werden. Bei einem optischen Schaltelement kann ein beweglicher Abschnitt, wie etwa ein Spiegel, einen problemlosen Betrieb fortführen, ohne beim Bewegen die Steuerelektrode direkt zu berühren.
[Sechste Ausführungsform]
Ähnlich wie die obigen Ausführungsformen wird eine optische Schalteinrichtung als eine Halbleitereinrichtung, die ein MEMS-System aufweist, beispielhaft erläutert. 18 zeigt eine optische Schalteinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform.
19 zeigt den Querschnitt der optischen Schalteinrichtung von 18. 18 und 19 veranschaulichen hauptsächlich einen Abschnitt (Spiegelelement), der aus einem Spiegel gebildet ist, als eine Baueinheit der optischen Schalteinrichtung. Beispielsweise sind mindestens eine Ansteuerschaltung 150 und Sensorschaltungen 152 auf einem Halbleitersubstrat 101 aus z. B. Silizium ausgebildet. Eine dielektrische Zwischenschicht 102 aus z. B. Siliziumoxid, eine Metallverbindungsschicht 104 aus z. B. Au/Ti und eine dielektrische Verbindungsschicht 105 aus z. B. Polyimid sind auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet.
Ein Trägerglied 120 aus einem Metall, wie etwa Kupfer, ist auf dem Halbleitersubstrat 101 selektiv über die dielektrische Zwischenschicht 105 ausgebildet. Das Trägerglied 120 ist leitfähig und ist durch ein Durchgangsloch, das in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet ist, mit der Metallverbindungsschicht 104 elektrisch verbunden. Das Trägerglied 120 erhält ein vorgegebenes Potenzial (z. B. Erdpotenzial) über eine in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildete Anschlusselektrode 103.
Ein Spiegelsubstrat 130 wird durch das Trägerglied 120 von dem Halbleitersubstrat 101 entfernt getragen. Das Spiegelsubstrat 130 ist leitfähig, ist mit dem Trägerglied 120 elektrisch verbunden und weist einen Öffnungsbereich auf, wo ein Spiegel 131 angeordnet ist. 11 zeigt eine optische Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen.
Die Spiegel 131 sind in einer Mehrzahl von Öffnungsbereichen des Spiegelsubstrats 130 angeordnet, und ein Spiegel 131 bildet ein Spiegelelement. Wie in 18 gezeigt, umfasst jedes Spiegelelement den Spiegel 131, Steuerelektroden 240 (240a, 240b, 240c und 240d) und Sensorelektroden 251 (251a, 251b, 251c und 251d).
Ein beweglicher Rahmen 133 und der Spiegel 131 sind im Öffnungsbereich des Spiegelsubstrats 130 angeordnet, und der Spiegel 131 ist bei Betrachtung von oben nahezu kreisförmig. Der bewegliche Rahmen 133 ist über ein Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat 130 gekoppelt. Der Spiegel 131 ist über ein Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 schwenkbar mit dem beweglichen Rahmen 133 gekoppelt. Jeder Kopplungsabschnitt ist ein Federelement, wie etwa eine Torsionsfeder.
Der bewegliche Rahmen 133 kann um eine Achse, als Schwenkachse (Y in 18), schwenken, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 verläuft und parallel zum Spiegelsubstrat 130 ist. Der Spiegel 131 kann um eine Achse, als Schwenkachse (X in 18), schwenken, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 verläuft und parallel zum beweglichen Rahmen 133 ist. Demzufolge kann der Spiegel 131 um die zwei Achsen, als Schwenkachsen, schwenken, d. h. die Achse Y, die durch das Paar Rahmenkopplungsabschnitte 132 verläuft, und die Achse X, die durch das Paar Spiegelkopplungsabschnitte 134 verläuft.
Der Spiegel 131 ist leitfähig und ist über die leitfähigen Kopplungsabschnitte (Rahmenkopplungsabschnitte 132, Spiegelkopplungsabschnitte 134 und beweglicher Rahmen 133) mit dem Spiegelsubstrat 130 elektrisch verbunden. Der Spiegel 131 erhält ein vorgegebenes Potenzial (z. B. Erdpotenzial) über die Metallverbindungsschicht 104, das Trägerglied 120, das Spiegelsubstrat 130 und Kopplungsabschnitte.
Wie ebenfalls in 11 gezeigt, umfasst die optische Schalteinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform eine Mehrzahl von Spiegelelementen, die in einer Matrix angeordnet (integ riert) sind. Die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d jedes Spiegelelements sind mit der Ansteuerschaltung 150 verbunden. Die Sensorelektroden 251a, 251b, 251c und 251d sind mit den Sensorschaltungen 152 verbunden. Die Sensorschaltungen 152 und die Ansteuerschaltung 150 sind nahezu identisch mit denen der in 10 gezeigten optischen Schalteinrichtung.
Bei der in 18 und 19 gezeigten optischen Schalteinrichtung sind die Sensorelektroden 251a, 251b, 251c und 251d aus einem Metall, wie etwa Cu, unterhalb des Spiegels 131 angeordnet, um die Stellung des Spiegels 131, der schwenkt, zu erfassen. Die Sensorelektroden 251a, 251b, 251c und 251d sind an der dielektrischen Zwischenschicht 105 selektiv ausgebildet und unterhalb des Spiegels 131 (ausgenommen Abschnitte direkt unter den Schwenkachsen X und Y) in einem vorgegebenen Abstand vom Spiegel 131 angeordnet. Mindestens eine Sensorelektrode 251 ist an einer Seite oder jeder der zwei Seiten einer Schwenkachse für einen Spiegel 131 angeordnet. Bei der sechsten Ausführungsform sind die Sensorelektroden 251 an den zwei Seiten jeder Schwenkachse angeordnet, die zwei Schwenkachsen X und Y werden verwendet und folglich ist eine Gesamtzahl von vier Sensorelektroden, 251a, 251b, 251c und 251d, angeordnet.
Die Sensorelektroden 251a, 251b, 251c und 251d sind durch Durchgangslöcher, die in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet sind, die Metallverbindungsschicht 104 und die in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildeten Anschlusselektroden 103 mit den auf dem Halbleitersubstrat 101 unterhalb der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildeten Sensorschaltungen 152 verbunden.
Die Sensorschaltungen 152 sind integrierte Schaltungen aus Elementen und Metallverbindungen, die auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet sind. Die Sensorschaltungen 152 erfassen die Stellung des Spiegels 131, d. h. den Schwenkwinkel um die Achse X, die als Schwenkachse dient, und den Schwenkwinkel um die Achse, die als Schwenkachse dient, durch Erfassen von vier elektrostatischen Kapazitäten, entsprechend den Abständen zwischen dem Spiegel 131 und den Sensorelektroden 251a, 251b, 251c und 251d, die sich in Abhängigkeit von der Stellung des Spiegels 131 ändern.
Eine elektrostatische Kapazität C pro Flächeneinheit, die zwischen einem willkürlichen Punkt auf dem Spiegel 131 und der Sensorelektrode 251, die dem willkürlichen Punkt gegenüberliegt, erzeugt wird, ist gegeben durch: C = ε/d (1)wobei ε die Dielektrizitätskonstante in dem Raum ist und d der Abstand zwischen dem willkürlichen Punkt auf dem Spiegel 131 und der Sensorelektrode 251 ist. Die Sensorschaltung 152 erfasst die elektrostatische Kapazität C, um den Abstand d zwischen dem Spiegel 131 und der Sensorelektrode 251 zu ermitteln. Die Sensorschaltung 152 ermittelt den Schwenkwinkel des Spiegels 131 aus dem Abstand d und einer vorgegebenen Lage der Schwenkachse des Spiegels 131. Ein Signal, das den durch die Sensorschaltung 152 ermittelten Schwenkwinkel des Spiegels 131 repräsentiert, wird zur Ansteuerschaltung 150 rückgeführt.
Die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d aus einem Metall, wie etwa Cu, sind unterhalb des Spiegel 131 angeordnet, um die Stellung des Spiegels 131 zu steuern. Die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d sind selektiv über die dielektrische Zwischenschicht 105 auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet und unterhalb des Spiegels 131 (ausgenommen Abschnitte direkt unter den Achsen X und Y) in einem vorgegebenen Abstand vom Spiegel 131 angeordnet. Mindestens eine Steuerelektrode 240 ist an einer Seite oder jeder der zwei Seiten einer Schwenkachse für einen Spiegel 131 angeordnet. Bei der sechsten Ausführungsform sind die Steuerelektroden 240 an den zwei Seiten jeder Schwenkachse angeordnet, die zwei Schwenkachsen X und Y werden verwendet und folglich ist eine Gesamtzahl von vier Steuerelektroden, 240a, 240b, 240c und 240d, angeordnet.
Die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d sind durch Durchgangslöcher, die in der dielektrischen Zwischenschicht 105 ausgebildet sind, die Metallverbindungsschicht 104 und die in der dielektrischen Zwischenschicht 102 ausgebildeten Anschlusselektroden 103 mit der auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildeten Ansteuerschaltung 150 verbunden.
Die Ansteuerschaltung 150 ist eine integrierte Schaltung aus einem Element und einer Metallverbindung, die auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet sind. Die Ansteuerschaltung 150 erkennt den Schwenkwinkel des Spiegels 131 aus Signalen, die von den Sensorschaltungen 152 rückgeführt sind, und legt an die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d eine Spannung zum Steuern des Schwenkzustandes (Schwenkbetrag) des Spiegels 131 so an, dass der Schwenkwinkel des Spiegels 131, der durch die Sensorschaltungen 152 ermittelt wird, auf einen gewünschten Wert (z. B. einen durch ein externes System festgesetzten Wert) eingestellt wird.
Wenn die Ansteuerschaltung 150 eine Spannung an die Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d anlegt, um eine Potenzialdifferenz zwischen den Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d und dem Spiegel 131 zu erzeugen, werden in Abschnitten des Spiegels 131, welche den Steuerelektroden 240a, 240b, 240c und 240d gegenüberliegen, Ladungen induziert. Der Spiegel 131 schwenkt durch eine elektrostatische Kraft (Coulomb'sche Kraft), die auf die Ladungen wirkt. Der Spiegel 131 stoppt in einer Position, in der ein Drehmoment um die Schwenkachse durch die elektrostatische Kraft und ein entgegengesetzt gerichtetes Drehmoment, das an einer Torsionsfeder (Kopplungsabschnitt) erzeugt wird, im Gleichgewicht miteinander sind.
Die Ansteuerschaltung 150 und die Sensorschaltung 152 können für ein Spiegelelement eingerichtet sein. Alternativ können eine Ansteuerschaltung 150 und eine Sensorschaltung 152 wünschenswerterweise eine Mehrzahl von Spiegelelementen gleichzeitig steuern.
Gemäß der sechsten Ausführungsform ermittelt die Sensorschaltung 152 den Schwenkwinkel des Spiegels 131 basierend auf einem Signal von der Sensorelektrode 251 und die Ansteuerschaltung 150 steuert den Schwenkvorgang des Spiegels 131 anhand des ermittelten Schwenkwinkels. Der Spiegel 131 kann mit hoher Präzision gesteuert werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit der optischen Schalteinrichtung gesteigert wird.
Die Steuerelektrode 240 und die Sensorelektrode 251 sind außerhalb des Zentrums des Spiegels 131 angeordnet. Die Sensorelektrode 251 ist näher am Zentrum des Spiegels 131 angeordnet als die Steuerelektrode 240. Es werden die Auswirkungen dieser Anordnung erläutert. Die Abstände zwischen der Steuerelektrode 240, der Sensorelektrode 251 und dem Spiegel 131 ändern sich in Abhängigkeit vom Drehpunkt des Spiegels 131. Das Ausmaß der Änderung ist an der Peripherie des Spiegels 131 größer als in seinem Zentrum. Daher müssen die Höhen der Steuerelektrode 240 und der Sensorelektrode 251 unter Berücksichtigung des Drehpunkts des Spiegels 131 festgesetzt werden.
Die Sensorelektrode 251 ist beim Zentrum des Spiegels 131 angeordnet und die Steuerelektrode 240 ist außerhalb der Sensorelektrode 251 angeordnet. Die Sensorelektrode 251 kann höher eingerichtet werden als die Steuerelektrode 240, der Abstand d zwischen dem Spiegel 131 und der Sensorelektrode 251 kann verkürzt werden und die durch die Sensorschaltung 152 ermittelte elektrostatische Kapazität C kann erhöht werden. Der Abstand d und der Schwenkwinkel des Spiegels 131 können deshalb leicht ermittelt werden.
Außerdem wird bei der Halbleitereinrichtung, die das in 19 gezeigte MEMS aufweist, durch einen isolierenden Harz-Schutzfilm einem Festkleben des Spiegels 131 vorgebeugt. In diesem Fall ist der Schutzfilm so ausgebildet, dass er die Sensorelektrode 251 näher am Spiegel 131 bedeckt. Wenn die Steuerelektrode 240 näher am Spiegel 131 ist, kann ein Schutzfilm an der Steuerelektrode 240 ausgebildet werden. Der Schutzfilm kann nur durch Siebdruck ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine vorgegebene Harzstruktur durch Schablonendruck gebildet werden, um einen Schutzfilm auszubilden, der mindestens das obere Ende der Steuerelektrode bedeckt.
Wie oben beschrieben worden ist, wird eine Mehrzahl von Einheiten, die bewegliche Abschnitte aufweisen, um ein MEMS zu bilden, monolithisch auf ein Halbleitersubstrat montiert, auf dem eine integrierte Schaltung ausgebildet ist, die eine Ansteuerschaltung, eine Sensorschaltung, einen Speicher und einen Prozessor enthält. Jede Einheit hat einen Prozessor, einen Speicher, eine Ansteuereinheit und eine Sensoreinheit.
Die Erfindung kann das MEMS verkleinern, da viele Steuersignalleitungen und eine große Steuereinrichtung, die die Bewegung einer MEMS-Struktur steuert, nicht benötigt werden.

Claims

Halbleitereinrichtung, die ein mikroelektromechanisches System – MEMS – aufweist, umfassend: ein Halbleitersubstrat (1; 101), auf dem eine integrierte Schaltung ausgebildet ist; und eine Mehrzahl von Einheiten (2), die auf dem Halbleitersubstrat (1; 101) ausgebildet sind und bewegliche Abschnitte (202; 131, 133) umfassen, die sich aufgrund eines ersten elektrischen Signals physikalisch bewegen, wobei jede der Einheiten umfasst: mindestens zwei Steuerelektroden (21-1, 21-2; 140; 240a, 240b), die ein Steuersignal liefern, um zu bewirken, dass sich der entsprechende bewegliche Abschnitt (202; 131, 133) physikalisch bewegt, eine Ansteuerschaltung (22; 150), die aufgrund des ersten elektrischen Signals das Steuersignal an die Steuerelektroden ausgibt, eine Sensorschaltung (24; 152), die basierend auf einem Signal von einer Sensorelektrode ein zweites elektrisches Signal entsprechend der physikalischen Bewegung des beweglichen Abschnitts erzeugt, einen Speicher (25; 3), der einen von außen eingegebenen Einstellwert hält, und einen Prozessor (26; 4), der basierend auf dem im Speicher gehaltenen Einstellwert das erste elektrische Signal erzeugt und die Ausgabe des Steuersignals von der Ansteuerschaltung basierend auf dem erzeugten ersten elektrischen Signal und dem zweiten elektrischen Signal steuert, wodurch er den Betrieb des beweglichen Abschnitts steuert, wobei die Ansteuerschaltung (22; 150), die Sensorschaltung (24; 152), der Speicher (25; 3) und der Prozessor (26; 4) einen Teil der integrierten Schaltung ausmachen, wobei die Halbleitereinrichtung unabhängig von den Steuerelektroden (21-1, 21-2; 140; 240a, 240b) mindestens zwei Sensorelektroden (23-1, 23-2; 151; 251a, 251b) umfasst, wobei die Sensorelektroden eine physikalische Bewegung des beweglichen Abschnitts erfassen und die Sensorschaltung (24; 152) das zweite elektrische Signal basierend auf den Signalen von den Sensorelektroden erzeugt, wobei entweder die Sensorelektroden oder die Steuerelektroden näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts (202; 131, 133) angeordnet sind als die anderen Elektroden und wobei die näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts (202; 131, 133) befindlichen Elektroden höher über dem Substrat (1; 101) sind als die anderen Elektroden, so dass der Abstand zwischen dem beweglichen Abschnitt (202; 131, 133) und den näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts (202; 131, 133) befindlichen Elektroden kleiner ist als der Abstand zwischen dem beweglichen Abschnitt (202; 131, 133) und den anderen Elektroden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts (131, 133) befindlichen Elektroden (140; 251a, 251b) als dreidimensionale Treppenstruktur ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts (131, 133) befindlichen Elektroden (140; 251a, 251b) einen Schichtenaufbau aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder bewegliche Abschnitt (202; 131, 133) einen Spiegel enthält, der drehbeweglich an ein Spiegelsubstrat (201; 130) gekoppelt ist, das Spiegelsubstrat (201; 130) von einem Trägerglied (203; 120) getragen wird, das aus einem leitfähigen Material auf dem Halbleitersubstrat (1; 101) über eine dielektrische Zwischenschicht (31; 102) ausgebildet ist, die Steuerelektroden und die Sensorelektroden an der dielektrischen Zwischenschicht (31; 102) unterhalb des Spiegels angeordnet sind, so dass sie von dem Trägerglied (203; 120) isoliert sind, und der Spiegel in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Steuerelektroden und der Sensorelektroden angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerglied (120) einen Schichtenaufbau aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Sensorelektroden (23-1, 23-2; 151) außerhalb der Steuerelektroden (21-1, 21-2; 140) in einem Bereich unterhalb des Spiegels angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerelektroden (240a, 240b) außerhalb der Sensorelektroden (251a, 251b) in einem Bereich unterhalb des Spiegels angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen isolierenden Harz-Schutzfilm (412), der eine obere Oberfläche der Steuerelektroden (140) bedeckt.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen isolierenden Harz-Schutzfilm, der eine obere Oberfläche der Sensorelektroden bedeckt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein mikroelektromechanisches System – MEMS – aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer integrierten Schaltung, die einen Prozessor, einen Speicher, eine Ansteuerschaltung und eine Sensorschaltung enthält, auf einem Halbleitersubstrat (101); Ausbilden einer dielektrischen Zwischenschicht (105) auf dem Halbleitersubstrat; Ausbilden, in einer Mehrzahl von Einheitbereichen auf der dielektrischen Zwischenschicht, einer Mehrzahl von Steuerelektroden (140) und einer Mehrzahl von Sensorelektroden (151), die von den Steuerelektroden unabhängig und voneinander isoliert sind; Ausbilden eines Trägerglieds (120) aus einem leitfähigen Material auf der dielektrischen Zwischenschicht derart, dass es höher als die Steuerelektrode wird; Herstellen eines Spiegelsubstrats (130), das in einer Mehrzahl von Öffnungsbreichen Spiegel (131) umfasst und aus einem leitfähigen Material gebildet ist, wobei die Spiegel über Kopplungsabschnitte schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat gekoppelt sind; und Verbinden und Befestigen des Spiegelsubstrats an dem Trägerglied, um die Spiegel des Spiegelsubstrats in einem Abstand oberhalb der Steuerelektroden und der Sensorelektroden anzuordnen, die für die Mehrzahl von Einheiten ausgebildet sind, wobei die Steuerelektroden derart mit der Ansteuerschaltung verbunden werden, dass sie ein Signal von der Ansteuerschaltung empfangen, die Sensorelektroden derart mit der Sensorschaltung verbunden werden, dass sie ein Signal an die Sensorschaltung ausgeben, und Anordnen entweder der Sensorelektroden oder der Steuerelektroden näher an dem Zentrum des beweglichen Abschnitts als die jeweils anderen dieser Elektroden und Ausbilden der näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts befindlichen Elektroden höher über dem Substrat als die jeweils anderen dieser Elektroden, so dass der Abstand zwischen dem beweglichen Abschnitt und den näher am Zentrum des beweglichen Abschnitts befindlichen Elektroden kleiner ist als der Abstand zwischen dem beweglichen Abschnitt und den jeweils anderen dieser Elektroden.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch: Ausbilden des Trägerglieds (120) aus einem leitfähigen Material auf dem Halbleitersubstrat über einen Isolierfilm derart, dass es höher wird als die Steuerelektrode; Ausbilden des Spiegelsubstrats (130) aus einem leitfähigen Material auf dem Trägerglied, während ein Zwischenraum oberhalb der Steuerelektroden und der Sensorelektroden beibehalten wird; und Ausbilden, in der Mehrzahl von Einheitbereichen, von Öffnungsbereichen, die durch das Spiegelsubstrat hindurchgehen, und Ausbilden, in den Öffnungsbereichen, von Spiegeln (131), die über Kopplungsabschnitte schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat gekoppelt sind, wobei die Spiegel (131), die auf dem Spiegelsubstrat (130) in den Einheitregionen ausgebildet sind, in einem Abstand oberhalb der Steuerelektroden und der Sensorelektroden angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Impfschicht (106) an der dielektrischen Zwischenschicht; Ausbilden einer ersten Opferstruktur (301), die Öffnungen in einem ersten Bereich aufweist, einer Mehrzahl von zweiten Bereichen und einer Mehrzahl von dritten Bereichen, an der Impfschicht; Ausbilden, an der in dem ersten Bereich, den zweiten und dritten Bereichen freiliegenden Impfschicht, einer ersten Metallstruktur (121, 122, 123, 124), deren Schichtdicke der der ersten Opferstruktur im Wesentlichen gleich ist, durch Plattieren und einer zweiten Metallstruktur (141, 142, 143, 144) und einer dritten Metallstruktur (151a), deren Schichtdicke nicht größer ist als die der ersten Metallstruktur; nach dem Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Metallstrukturen in vorgegebenen Schichtdicken Ausbilden einer zweiten Opferstruktur (403), die eine Öffnung in einem vierten Bereich auf der ersten Metallstruktur aufweist, auf der ersten Opferstruktur und der zweiten und dritten Metallstruktur; Ausbilden einer vierten Metallstruktur (125), deren Schichtdicke der der zweiten Opferstruktur im Wesentlichen gleich ist, durch Plattieren auf eine Oberfläche der ersten Metallstruktur, die in dem vierten Bereich freiliegt; nach dem Ausbilden der vierten Metallstruktur in einer vorgegebenen Schichtdicke Entfernen der ersten und der zweiten Opferstruktur; nach dem Entfernen der Opferstrukturen selektives Entfernen der Impfschicht unter Verwendung der ersten, zweiten und dritten Metallstrukturen als Maske, wodurch das Trägerglied aus einem Schichtenaufbau der ersten und vierten Metallstrukturen, die Mehrzahl von Steuerelektroden, die aus der Mehrzahl von zweiten Metallstrukturen gebildet und voneinander getrennt auf der dielektrischen Zwischenschicht sind, und die Mehrzahl von Sensorelektroden gebildet werden, die aus der Mehrzahl von dritten Metallstrukturen gebildet und voneinander getrennt auf der dielektrischen Zwischenschicht sind.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 12, wobei, bevor das Spiegelsubstrat (130) an dem Trägerglied (120) verbunden und befestigt wird, eine vorgegebene Harzstruktur (411) durch Schablonendruck ausgebildet wird, um einen Schutzfilm (412) zu bilden, der mindestens das obere Ende der Steuerelektrode (140) bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 12, wobei, bevor das Spiegelsubstrat (130) an dem Trägerglied (120) verbunden und befestigt wird, eine lichtempfindliche Harzstruktur (411), die die Steuerelektrode (140) bedeckt, durch Schablonendruck ausgebildet wird, und die Harzstruktur (411) mittels Fotolithografie strukturiert wird, um einen Schutzfilm (412) zu bilden, der mindestens das obere Ende der Steuerelektrode (140) bedeckt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, die ein MEMS aufweist, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Impfschicht (106) an der dielektrischen Zwischenschicht (105); Ausbilden einer ersten Opferstruktur, die Öffnungen in einem ersten Bereich aufweist, einer Mehrzahl von zweiten Bereichen und einer Mehrzahl von dritten Bereichen, an der Impfschicht (106); Ausbilden, an der in dem ersten Bereich, den zweiten und dritten Bereichen freiliegenden Impfschicht (106), einer ersten Metallstruktur, deren Schichtdicke der der ersten Opferstruktur im Wesentlichen gleich ist, durch Plattieren und einer zweiten Metallstruktur und einer dritten Metallstruktur, deren Schichtdicke nicht größer ist als die der ersten Metallstruktur; nach Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Metallstrukturen in vorgegebenen Schichtdicken Ausbilden, an der ersten Opferstruktur und den zweiten und dritten Me tallstrukturen, einer zweiten Opferstruktur (403), die eine Öffnung in einem vierten Bereich auf der ersten Metallstruktur aufweist; Ausbilden einer vierten Metallstruktur (125), deren Schichtdicke der der zweiten Opferstruktur (403) im Wesentlichen gleich ist, durch Plattieren auf einer Oberfläche der ersten Metallstruktur, die in dem vierten Bereich freiliegt; nach Ausbilden der vierten Metallstruktur (125) in einer vorgegebenen Schichtdicke Ausbilden eines Spiegelsubstrats (130; 730), das elektrisch mit der vierten Metallstruktur (125) verbunden und aus einem leitfähigen Material gebildet ist, an der zweiten Opferstruktur (403); Ausbilden eines Durchgangslochs in dem Spiegelsubstrat (130; 730) und Ausbilden einer Mehrzahl von Spiegeln (131; 731), die über Kopplungsabschnitte schwenkbar mit dem Spiegelsubstrat (130; 730) gekoppelt sind, in einer Mehrzahl von vorgegebenen Bereichen des Spiegelsubstrats (130; 730); Entfernen der ersten und der zweiten Opferstrukturen durch das in dem Spiegelsubstrat (130; 730) ausgebildete Durchgangsloch; und nach Entfernen der Opferstrukturen selektives Entfernen der Impfstruktur (106) durch das Durchgangsloch unter Verwendung der ersten, zweiten und dritten Metallstrukturen als Maske, wodurch das Trägerglied (120) aus einem Schichtenaufbau aus den ersten und vierten Metallstrukturen, die Mehrzahl von Steuerelektroden (140), die aus der Mehrzahl von zweiten Metallstrukturen gebildet und voneinander getrennt auf der dielektrischen Zwischenschicht (105) sind, und die Mehrzahl von Sensorelektroden (151) gebildet werden, die aus der Mehrzahl von dritten Metallstrukturen gebildet und voneinander getrennt auf der dielektrischen Zwischenschicht (105) sind.