[發明專利]用于制造多層電極系統的方法和裝置

有效

• 申請號: 201480004637.6
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN104904027B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: T.皮爾克;A.克勞斯;F.霍伊克;S.萊迪希;C.舍林
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083;H01L41/27;H01L41/293
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;胡莉莉

本發明涉及一種多層電極系統以及一種用于制造多層電極系統（300）的方法。該方法包括：提供載體襯底（100）的步驟，所述載體襯底具有在所述載體襯底（100）的上側（102）中的凹陷（104），其中凹陷（104）的至少一個壁被構造為相對于載體襯底（100）的與上側（102）相對的下側傾斜；以及將多層堆疊施加到載體襯底（100）的上側（102）上的步驟，所述多層堆疊至少具有第一電極層、第二電極層、以及布置在第一電極層與第二電極層之間的壓電體層，其中凹陷（104）的所述至少一個壁和底部被多層堆疊的至少一個片段覆蓋，以便形成多層電極系統（300）。

技術領域

本發明涉及一種多層電極系統和一種用于制造多層電極系統的方法、一種相應的裝置以及一種相應的計算機程序產品。

背景技術

壓電材料具有特別的特性，即它們在施加電場的情況下要么伸展要么收縮，或者作為逆效應，一旦材料被拉伸或壓縮就構成電場。在執行元件中，壓電材料被用于研發高度精確的定位器。例如，可以使用PZT執行器來運行陀螺儀。壓電材料為傳感器提供將最小的長度改變直接轉換成電信號的完美可能性。最后，壓電材料廣泛應用于微能量采集器中。在此情況下，主要將振動形式的加速度轉化成電能。

現今存在兩種不同的方案來以多層制造壓電元件。在第一種方法中，以厚層技術產生壓電多層。在此情況下，所述多層被設計，使得各一層壓電材料位于每兩個層電極之間。由于壓電效應依賴于電場，因此必要的所施加的電壓可以除以各個層的數目。在此，該電壓被施加，使得電極層的一半、即每第二個電極層與另一半相對地被連接。在此情況下，電極到多層組件的接觸通過在多層組件的側面處電極沉積和金屬化期間的厚層結構化而發生。在厚層中可實現的最薄層為大約20μm，其中PZT在厚層技術中具有大約2V/μm的擊穿場強。這意味著，需要約40V的電壓，以便以接近擊穿的場強工作，在那兒產生最大的機械調節行程。

在微系統技術中使用的薄層技術大多僅僅允許使用具有僅僅一個壓電層的單層。為了沉積壓電材料，存在兩種不同的方法，一種是基于溶膠－凝膠的施加，或者另一種是真空中的沉積。在此情況下產生的層厚為幾百nm直到10μm。由于薄層的較高質量，擊穿場強為大約10 V/μm。因此，直至10V的電壓在1μm的層厚的情況下足以在至擊穿的邊界處工作。真空中的沉積恰好具有的優點是，在機器中可以在一個過程中交替地沉積電極材料和壓電材料，并且因此可以產生多層。

用于電接觸的一種已知方案在于，交替地接觸各個電極。在此情況下，每個電極都以單獨校準的方式被光刻結構化。對于技術上合理的實現而言，可以利用該方法制造具有直至五層的多層。

另一可能性提供可移動的遮蔽掩模。在此情況下，在真空中沉積電極時，使硬掩模在襯底之上移動，并且僅僅在掩模的開放區域處沉積電極。為了接下來的壓電沉積，掩模又被移除并且在沉積下一電極時以位置偏移的方式又被使用。

US 2011/02940151A1描述了一種用于制造薄膜電池的方法。在此，以未被遮蓋的方式將第一電極材料、電池材料和第二電極材料相繼地重復地沉積到載體結構上，以便形成具有多個第一電極層、電池層和第二電極層的薄膜電池。

發明內容

在該背景下，利用本發明介紹一種根據本發明的用于制造多層電極系統的方法、此外一種使用該方法的根據本發明的裝置、以及最后一種相應的計算機程序產品。

一種用于制造多層電極系統的方法使用載體襯底，其中用于容納多層堆疊的凹陷的至少一個壁被構造為傾斜的。因此，可以以簡單方式使得能夠平面地從上方單獨地接觸電極。

根據在此提出的構思，可以提供一種接觸方法，利用該接觸方法可以以薄層技術來表示交替的多層電極結構。也可以為其提供低成本的方法，該方法僅僅需要小數目的光刻步驟并且不需要真空沉積中的中斷或修改。這樣的方法所具有的優點是，該方法對要接觸的多層的數目相對不敏感，也就是說，該方法可以縮放到許多層。因此，在此所介紹的方法提供一種用于以微系統技術接觸交替的多層電極系統、比如用于MEMS執行器的壓電多層的可能性。