微機械構(gòu)件及其制造方法與流程
1.本發(fā)明涉及一種用于微機電系統(tǒng)(mems)的微機械構(gòu)件以及一種用于制造所述微機械構(gòu)件的方法。
背景技術(shù)：
2.mems(微機電系統(tǒng))、例如作為傳感器或致動器的可運動的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)目前利用不同的技術(shù)手段使用硅技術(shù)來制造。通常這種制造這里以對晶片的批處理工藝進(jìn)行。在制造靜電或電容工作原理的mems系統(tǒng)時，當(dāng)前主要有表面技術(shù)或近表面技術(shù)(例如sio2犧牲層上的多晶硅層、soi技術(shù)、空腔soi技術(shù)、scream技術(shù)等等)。這些技術(shù)的共同之處在于，由硅層制成并且具有在10μm與75μm之間的常見厚度的微機械元件通過利用各向異性的干蝕刻來蝕刻間隙而結(jié)構(gòu)化。
3.為了制造所述結(jié)構(gòu)，縱橫比(間隙深度與間隙寬度的比值)是一個重要參數(shù)。電容結(jié)構(gòu)的間隙的高縱橫比(har)使得對于傳感器能實現(xiàn)高靈敏度以及對于致動器實現(xiàn)更好的力輸入。大結(jié)構(gòu)高度一方面關(guān)于所述彈簧實現(xiàn)了高縱橫比，并且由此實現(xiàn)較小的橫向靈敏度(抑制了不希望的運動模式)，以及另一方面使得可以實現(xiàn)較大的質(zhì)量以及由此較低的噪聲。對于高靈敏度的mems由此希望實現(xiàn)大結(jié)構(gòu)高度以及har。
4.但間隙利用蝕刻技術(shù)上可實現(xiàn)的縱橫比不能任意地提高。所述縱橫比受到蝕刻介質(zhì)能夠以怎樣的速度進(jìn)入狹窄的間隙以及反應(yīng)產(chǎn)物能夠以怎樣的速度從所述間隙中輸出的限制。因此，已知縱橫比相關(guān)的蝕刻(“arde
”-
英文：aspect ration dependent etching)現(xiàn)象，就是說，與較寬的間隙相比，在相同的時間內(nèi)，狹窄的間隙達(dá)到的蝕刻深度更小。反應(yīng)和所形成的蝕刻輪廓受到很多參數(shù)影響，尤其是也受到間隙長度的影響。通常，基本工藝供應(yīng)商提供的縱橫比在10:1至30:1的范圍內(nèi)，常見的利用蝕刻技術(shù)實現(xiàn)的間隙寬度在2至3μm的范圍內(nèi)。進(jìn)一步提高縱橫比只能在蝕刻工藝得到明顯改進(jìn)時才能實現(xiàn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明的目的是，至少部分的規(guī)避由現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)的所述問題并且提出一種具有大縱橫比的高性能構(gòu)件以及一種快速和經(jīng)濟(jì)的用于制造這種構(gòu)件的方法。這里例如應(yīng)能夠通過蝕刻制造例如具有高縱橫比的狹窄間隙并且同時對于要制造的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)高度、結(jié)構(gòu)寬度以及間隙寬度方面實現(xiàn)高度的靈活性。
6.所述目的通過具有獨立權(quán)利要求1的特征的構(gòu)件以及通過具有權(quán)利要求18的特征的方法來實現(xiàn)。有利的實施形式由從屬權(quán)利要求以及由說明書或附圖得出。
7.所提出的用于微機械系統(tǒng)的構(gòu)件具有上側(cè)和與上側(cè)相對置的下側(cè)。在所述構(gòu)件的第一區(qū)域中設(shè)置至少一個第一結(jié)構(gòu)元件，所述第一結(jié)構(gòu)元件由至少一個第一間隙界定。在所述構(gòu)件的與所述第一區(qū)域不同的第二區(qū)域中設(shè)置至少一個第二結(jié)構(gòu)元件，所述第二結(jié)構(gòu)元件由至少一個第二間隙界定。這里，通過所述構(gòu)件的下側(cè)中的第一凹部限定所述第一區(qū)域。構(gòu)件在第一區(qū)域中的第一厚度由于所述凹部相對于構(gòu)件在第二區(qū)域中的第二厚度減
小。所述至少一個第一間隙在第一區(qū)域中從上側(cè)延伸到下側(cè)并結(jié)束于第一凹部中。第一間隙的間隙深度具有由此通過構(gòu)件在所述第一區(qū)域中的第一厚度限定。類似地，所述至少一個第二間隙在第二區(qū)域中從上側(cè)延伸到下側(cè)并結(jié)束于第一凹部之外。所述第二間隙的第二間隙深度通過構(gòu)件在所述第二區(qū)域中的第二厚度限定并且由此大于所述第一間隙深度。所述至少一個第二間隙的第二最小間隙寬度這里大于所述至少一個第一間隙的第一最小間隙寬度。
8.可以配設(shè)給所述構(gòu)件的坐標(biāo)系可以設(shè)計成，使得第一和第二厚度沿z方向延伸并且構(gòu)件的橫向尺寸以及間隙寬度和第一和第二結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)寬度沿x和/或y方向延伸。
9.通過這樣的構(gòu)件，例如可以在第一區(qū)域中通過第一結(jié)構(gòu)元件提供第一電極，所述第一電極的靈敏度和性能根據(jù)電容器的原理主要通過所述可以構(gòu)成電極元件的結(jié)構(gòu)元件的面積和其相互間的距離確定。在初始狀態(tài)下，所述距離通過間隙寬度給定。間隙寬度的變化通過能振動的布置結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這帶來了電容的可探測到的變化。
10.在第二區(qū)域中，可以為了使所述構(gòu)件的能振動的部段相互脫離耦合而提供第二間隙。在所述第二區(qū)域中，例如提供構(gòu)造成彈簧的第二結(jié)構(gòu)元件，所述第二結(jié)構(gòu)元件使得能夠進(jìn)行振動。
11.如果對于第一區(qū)域中的電極希望有高靈敏度，則應(yīng)保持這個區(qū)域內(nèi)蝕刻的間隙盡可能窄，而同時電極元件或第一結(jié)構(gòu)元件的通過結(jié)構(gòu)厚度和結(jié)構(gòu)長度(例如對應(yīng)于間隙長度)的乘積得出的面積應(yīng)最大化。就是說，在間隙長度固定時，例如對于第一區(qū)域中的電極元件希望有高縱橫比(結(jié)構(gòu)厚度與間隙寬度的比)。
12.在第二區(qū)域中，也可能希望有較大的間隙尺寸，以便實現(xiàn)彈簧元件希望的功能或使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有確定幅值的偏移。
13.與不同的希望的間隙寬度相結(jié)合，特別是在進(jìn)一步減小寬度以提高電容靈敏度時，前面提及的與縱橫比相關(guān)的蝕刻(arde)的效應(yīng)會成為問題。這個問題通過所提出的構(gòu)件來規(guī)避，如下面說明的那樣。
14.在所提出的構(gòu)件中，結(jié)構(gòu)在第一區(qū)域中的厚度通過凹部從背面出發(fā)降低。這乍看起來是不利的，因為電極的電容面積以及由此還有靈敏度會隨著結(jié)構(gòu)的厚度減小。但也已經(jīng)證實的是，隨著結(jié)構(gòu)厚度減小發(fā)生的電容靈敏度的降低僅線性地影響靈敏度，而由于間隙寬度降低實現(xiàn)的電容靈敏度的提高則是二次方地變化。就是說，結(jié)構(gòu)厚度的減小可以通過間隙寬度的降低得到補償或過補償，從而盡管結(jié)構(gòu)厚度較小仍提高了結(jié)構(gòu)的靈敏度。
15.發(fā)明人因此提出了厚度變化和間隙寬度的這種構(gòu)成方案以及一種相應(yīng)的微機械結(jié)構(gòu)化方案，其中有目的地利用arde效應(yīng)，以便降低電容探測元件的區(qū)域的結(jié)構(gòu)厚度并由此實現(xiàn)最小的間隙間距并提高電容靈敏度，這里，還應(yīng)向相同的構(gòu)件中引入另外的較寬的間隙，如在所述提出的構(gòu)件中在第二區(qū)域中引入。
16.具有小于所述至少一個第二間隙的間隙寬度的所述至少一個第一間隙也具有小于所述至少一個第二間隙的間隙深度，由此實現(xiàn)的是，減少了為了蝕刻所述至少一個第一間隙所需的時間。與將不同深度的間隙設(shè)置在具有恒定厚度的坯料中的結(jié)構(gòu)不同，這里可以實現(xiàn)的是，用于較窄和較寬的間隙的蝕刻過程可以同時或大致同時執(zhí)行或結(jié)束。
17.在所提出的構(gòu)件中，所述至少一個第一間隙的第一最大縱橫比通過第一間隙深度與第一最小間隙寬度限定，并且相應(yīng)地所述第二間隙的第二最大縱橫比通過第二間隙深度
與第二最小間隙寬度限定。第一最大縱橫比在所述構(gòu)件可能的實施形式中等于或基本上等于第二最大縱橫比。由此對于所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙可以實現(xiàn)使制造方法具有相同或大致相同的蝕刻時長。
18.這里基本上等于可以例如是指，偏差不大于10％、優(yōu)選不大于5％。
19.在可能的實施形式中，也可以存在多于兩個不同厚度的區(qū)域，在這些區(qū)域中引入間隙，例如存在三個或四個具有間隙的不同厚度的區(qū)域。這些區(qū)域可以附加于可能更厚的多數(shù)不具有間隙的固定或框架區(qū)域存在。此時，在具有最小厚度的區(qū)域內(nèi)，例如對于定位在這里的間隙存在最窄的最小間隙寬度，在具有第二小厚度的區(qū)域中存在第二窄的最小間隙寬度，以此類推。
20.所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件可以至少在兩個至少局部相互平行延伸的、相對置的側(cè)面上由所述至少一個第一間隙界定。備選地或附加地，所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件可以至少在兩個至少局部相互平行延伸的、相對置的側(cè)面上由所述至少一個第二間隙界定。在這些實施形式中，這樣構(gòu)成的所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件或這樣構(gòu)成的所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件至少局部地設(shè)計成平直或彎曲的板。
21.第一和第二間隙中的一些間隙可以例如沿x方向延伸并通過另外的較短的沿y方向延伸的第一間隙相互連接。兩個相鄰的、沿x方向延伸的第一或第二間隙例如利用在間隙端部引入的、沿y方向延伸的、構(gòu)造成橫向間隙的第一或第二間隙相互連接。例如相鄰的、沿x方向延伸的第一或第二間隙在交替的間隙端部處相互連接，以便實現(xiàn)蛇形的結(jié)構(gòu)。
22.所提出的構(gòu)件可以包括框架和能相對于框架振動的質(zhì)量布置系統(tǒng)。所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件此時可以包括彈性的彈簧，所述彈簧將所述框架和質(zhì)量布置系統(tǒng)相互連接，使得所述框架和質(zhì)量布置系統(tǒng)在彈簧發(fā)生變形的情況下可以相對于彼此振動。但所述框架和質(zhì)量布置系統(tǒng)也可以完全相互分離并且分別例如與一個基體連接。此時，所述框架例如固定地與基體連接，而所述質(zhì)量利用所謂的錨定件與基體連接。
23.通過所述不同類型的可振動性，例如可以通過構(gòu)件的加速度使所述框架和質(zhì)量布置系統(tǒng)相對于彼此運動。
24.所提出的構(gòu)件可以包括一個或多個錨定結(jié)構(gòu)，這些錨定結(jié)構(gòu)可以相對于所述框架固定地設(shè)置或能固定地設(shè)置。例如所述錨定結(jié)構(gòu)或各所述錨定結(jié)構(gòu)能夠固定在基體上，通常所述框架也能夠與所述基體連接或能固定在基體上，從而所述框架和錨定結(jié)構(gòu)相對于彼此固定。為此，所述錨定結(jié)構(gòu)至少局部地具有與框架相同的厚度并沿延伸到希望存在電極的第一和/或第二區(qū)域中。
25.此時，可以在所述錨定結(jié)構(gòu)上可以固定構(gòu)造成電極的結(jié)構(gòu)元件的一些電極元件，而構(gòu)造成電極的結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)相對于與錨定結(jié)構(gòu)連接的電極元件能運動的其他電極元件或其余電極元件與所述質(zhì)量布置系統(tǒng)連接。這樣，不同地固定的電極元件能相對于彼此振動，從而它們之間的間隙間距改變。這對于第一區(qū)域中的結(jié)構(gòu)元件是可以實現(xiàn)的，其方式是，所述至少一個第一間隙在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)和框架之間延伸或在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)與錨定結(jié)構(gòu)之間延伸。構(gòu)件的位于質(zhì)量布置系統(tǒng)與框架或錨定結(jié)構(gòu)之間的部段此時可以通過所述間隙分離成兩個能相對于彼此振動的區(qū)域。通過所述至少一個第一間隙界定的所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件此時可以包括多個第一電極元件，在這些第一電極元件中，至少一個電極元件與框架或錨定結(jié)構(gòu)連接，至少一個另外的電極元件與質(zhì)量布置系統(tǒng)連接。第一電
極的這些不同地固定的電極元件可以相互嵌接并且可以是能相對于彼此運動的。當(dāng)所述框架與質(zhì)量布置系統(tǒng)相對于彼此運動時，通過電極或其電極元件的這種布置形式，可以實現(xiàn)第一電極之間的結(jié)構(gòu)元件距離的上述變化。
26.如果在第二區(qū)域中同樣或備選地希望存在電極，則例如可以存在另外的錨定結(jié)構(gòu)或者一個錨定結(jié)構(gòu)可以延伸到第一和第二區(qū)域中。第二間隙此時類似于上面結(jié)合第一間隙描述的設(shè)計方案在第二區(qū)域中在錨定結(jié)構(gòu)和質(zhì)量布置系統(tǒng)之間延伸并使第二電極不同地固定的、相互嵌接的電極元件相互分開。
27.所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件可以備選或附加于所述彈簧包括第二電極。此外所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件可以備選于或附加于所述彈簧和/或所述第二電極包括阻尼元件，所述阻尼元件可以如第二電極元件那樣構(gòu)成并且例如具有比可能第二電極更大大的間隙間距。
28.所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件的最小結(jié)構(gòu)寬度可以小于所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件的最小結(jié)構(gòu)寬度。
29.結(jié)構(gòu)元件之間的所述至少一個第一間隙的最小間隙寬度可以例如至少為0.1μm、優(yōu)選至少為0.3μm，和/或最高為3μm、優(yōu)選最高為1.5μm。備選或附加地，結(jié)構(gòu)元件之間的所述至少一個第二間隙的最小間隙寬度可以例如至少為0.5μm和/或最高為4μm。
30.所述第一厚度可以例如至少為5μm。此外，所述第一厚度例如可以最高為100μm、優(yōu)選最高為60μm。所述第一厚度備選或附加地可以為第二厚度的至少15％、優(yōu)選至少25％，但同時例如至少為5μm。所述第一厚度也可以為第二厚度的最高90％、優(yōu)選最高85％。就是說，第二厚度在這個示例性實施形式中可以為100μm，而第一厚度可以在25μm與80μm之間。
31.所述至少一個第一間隙的第一最大縱橫比和/或所述至少一個第二間隙的最大縱橫比可以分別例如為10:1或更大、優(yōu)選為20:1或更大、特別優(yōu)選為25:1或更大。
32.各結(jié)構(gòu)元件的高度沿z方向延伸并且多數(shù)由構(gòu)件在相應(yīng)結(jié)構(gòu)元件所處的區(qū)域中的厚度得出。一個或多個所述至少一個結(jié)構(gòu)元件和/或所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件的高度可以從上側(cè)出發(fā)和/或從下側(cè)出發(fā)相對于結(jié)構(gòu)元件所處的相應(yīng)區(qū)域的厚度減小，從而這種高度減小的第一結(jié)構(gòu)元件的高度不是對應(yīng)于第一高度或厚度，和/或高度減小的第二結(jié)構(gòu)元件的高度不是對應(yīng)于第二高度或厚度。這樣，例如可以影響第一和第二區(qū)域中的電極的靈敏度或者彈簧的柔度。
33.所提出的構(gòu)件例如可以由硅、例如單晶硅制成。
34.構(gòu)件垂直于構(gòu)件的厚度延伸的橫向尺寸例如可以在0.5mm與15mm之間。第一凹部的橫向尺寸例如可以在100μm與2000μm之間。結(jié)構(gòu)元件(彈簧、板、阻尼器、質(zhì)量)的橫向尺寸例如可以在1μm與2000μm之間。
35.除了第一凹部，在所述構(gòu)件中，還可以在構(gòu)件的背面中存在第二凹部。所述第二區(qū)域此時可以通過第二凹部限定，這里，由此在第二凹部的區(qū)域內(nèi)存在的第二厚度小于由與第一和第二區(qū)域不同的第三區(qū)域的第三厚度。所述第三區(qū)域優(yōu)選由框架和/或所述錨定結(jié)構(gòu)或各所述錨定結(jié)構(gòu)包含。就是說，所述框架和/或錨定結(jié)構(gòu)可以具有這樣的區(qū)域，所述區(qū)域具有第三厚度并且由此與第一和第二區(qū)域相比具有最大的厚度。這些區(qū)域例如適于將所述構(gòu)件固定在上面提及的基體上。
36.本申請所涉及的微機械系統(tǒng)或mems包括所提出的構(gòu)件和用于固定所述微機械構(gòu)
件的基體。
37.在這種微機械系統(tǒng)中，構(gòu)件可以固定在構(gòu)造成底部基體的基體上，為了固定所述微機械構(gòu)件，構(gòu)件的框架和/或所述錨定結(jié)構(gòu)或各所述錨定結(jié)構(gòu)在下側(cè)上與底部基體連接。如果存在第二凹部，則例如第三區(qū)域、即構(gòu)件的具有第三厚度的所有部段與底部基體連接。如果沒有設(shè)置第二凹部，則例如第二區(qū)域的構(gòu)成框架和/或錨定結(jié)構(gòu)的各部段可以與底部基體連接。在這種情況下有利的是，底部基體具有空腔，以便確保構(gòu)件的活動的結(jié)構(gòu)、如質(zhì)量布置系統(tǒng)或電極的可運動性，并且可以防止這些結(jié)構(gòu)與底部基體接觸。
38.此外，所述構(gòu)件還在上側(cè)上由構(gòu)造成頂部基體的基體覆蓋。所述頂部基體多數(shù)具有空腔，以便構(gòu)件的活動的結(jié)構(gòu)、如質(zhì)量布置系統(tǒng)或電極的可運動性，并且可以防止這些結(jié)構(gòu)與頂部基體接觸。這通常是必要的，因為構(gòu)件的上側(cè)多數(shù)情況下沒有設(shè)置具有這個效果的凹部。
39.在所述系統(tǒng)中，所述基體例如可以由硅、優(yōu)選由單晶硅和/或由玻璃材料或陶瓷材料制成。如果所述基體由玻璃材料或陶瓷材料制成，則可以使其在熱性能上與硅相適配，以便例如避免在構(gòu)件中出現(xiàn)由于熱產(chǎn)生的應(yīng)力。
40.本申請還涉及一種用于制造微機械構(gòu)件的方法。所述方法這里特別是適于制造上面所述的微機械構(gòu)件。
41.這里，所述方法包括確定的步驟，這些步驟不必強制性地按所說明的順序執(zhí)行，相反，在一些情況下也可以以相反的順序執(zhí)行或者同時執(zhí)行。
42.在所述方法的一個步驟中，向坯料的下側(cè)中引入第一凹部，從而所述坯料在通過第一凹部限定的第一區(qū)域中具有沿z方向延伸的第一厚度，所述第一厚度小于與第一區(qū)域不同的第二區(qū)域中的沿z方向延伸的第二厚度。
43.在所述第一區(qū)域中蝕刻出第一間隙，以便形成至少一個通過所述至少一個第一間隙界定的結(jié)構(gòu)元件。在第二區(qū)域中蝕刻出第二間隙，以便在這里形成至少一個通過所述至少一個第二間隙界定的第二結(jié)構(gòu)元件。蝕刻所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙這里特別是可以同時進(jìn)行。所述蝕刻分別沿z方向進(jìn)行，從而所述至少一個第一間隙具有通過第一厚度限定的第一間隙深度，所述第一間隙深度小于所述至少一個第二間隙通過第二區(qū)域中的第二厚度限定的第二間隙深度。此外，所述至少一個第一間隙垂直于z方向的第一最小間隙寬度小于所述至少一個第二間隙的第二最小間隙寬度。
44.具有小于所述至少一個第二間隙的間隙寬度的所述至少一個第一間隙也具有小于所述至少一個第二間隙的間隙深度，由此實現(xiàn)了，為了蝕刻所述至少一個第一間隙所需的時間縮短。
45.所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙可以同時蝕刻。
46.與在具有恒定厚度的坯料中設(shè)置不同寬度和深度的間隙的結(jié)構(gòu)不同，這里可以實現(xiàn)的是，用于較窄和較寬的間隙的蝕刻過程可以同時或大致同時結(jié)束。其原因在于與縱橫比相關(guān)的蝕刻，由此，與較寬的間隙相比，對于較窄的間隙蝕刻過程進(jìn)行得較為緩慢。
47.在這里所介紹的方法中，如上所述，所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙的蝕刻優(yōu)選同時進(jìn)行。這里可能希望的是，相應(yīng)的蝕刻過程同時開始并且同時或大致同時結(jié)束。為此，所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙通過幾個掩模(沒有附加的調(diào)整容差)預(yù)先規(guī)定并且在唯一的步驟中蝕刻。通過這種單階段的蝕刻過程可以優(yōu)化制
造時間。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法中出現(xiàn)這樣的問題，即，與較窄的間隙相比，較寬的間隙會提早地一直穿透到下側(cè)，這會導(dǎo)致間隙的損壞或位于其下的材料的損壞。由此，這里示出的實施形式避免了出現(xiàn)這種損壞并且特別是即使對于變化的間隙寬度也使得可以實現(xiàn)單階段的蝕刻過程。
48.所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙可以從背向下側(cè)的上側(cè)出發(fā)沿z方向朝下側(cè)進(jìn)行蝕刻。就是說，所述間隙此時從通常光滑地構(gòu)成的上側(cè)朝具有第一凹部的下側(cè)進(jìn)行蝕刻，從而第一間隙在第一凹部的內(nèi)部結(jié)束。
49.在所述方法的一個步驟中，可以將掩模、優(yōu)選是抗蝕劑掩模和/或硬掩模施加到坯料的上側(cè)上。通過所述掩模可以對于所述至少一個第一間隙和所述至少一個第二間隙預(yù)先規(guī)定在垂直于z方向的平面中的幾何尺寸。就是說，例如預(yù)先規(guī)定沿x方向和y方向第一和第二間隙寬度和第一和第二結(jié)構(gòu)寬度。
50.例如當(dāng)在其中蝕刻出所述間隙的坯料由硅或單晶硅制成或者包含硅或單晶硅時，對所述間隙的蝕刻可以以干蝕刻工藝進(jìn)行。
51.在所提出的方法中，可以設(shè)置用于引入第二凹部的步驟，所述步驟在引入第一凹部的步驟之前進(jìn)行。所述第二凹部與第一凹部一樣優(yōu)選通過蝕刻引入坯料的下側(cè)。在一些實施形式中，向下側(cè)中蝕刻第一凹部，然后在第二凹部的內(nèi)部蝕刻第一凹部，以便在這里進(jìn)一步減小厚度，從而這些凹部相互嵌套并且由可以通過第二凹部限定的第二區(qū)域包圍通過第一凹部限定的第一區(qū)域。此外，還可以在第二凹部之外定義一個第三區(qū)域，在這三個區(qū)域中，所述第三區(qū)域具有最大的厚度。
52.在所介紹的方法中，在引入第一凹部之后的步驟中或在引入第一凹部和第二凹部之后的步驟中，可以至少局部地向坯料的下側(cè)上施加保護(hù)層、例如構(gòu)造成氧化物層的保護(hù)層。就是說，此時，所述保護(hù)層例如覆蓋第一和可能的第二凹部。例如所述保護(hù)層特別是可以涂覆或覆蓋第一和/或第二間隙在其中結(jié)束的區(qū)域。
53.在所述方法的一些可能的步驟中，可以從上側(cè)出發(fā)和/或從下側(cè)出發(fā)降低一個或多個所述第一結(jié)構(gòu)元件和/或所述第二結(jié)構(gòu)元件，即一個或多個所述第一和/或所述第二電極元件和/或一個或多個所述彈簧的高度。這例如可以在使用一個掩模的情況下，或者在一些情況下在使用具有多個掩模層的多級的、例如兩級的掩模的情況下在蝕刻過程中進(jìn)行。兩級的掩模例如可以包括一個硬掩模層和一個抗蝕劑掩模層。
54.從下側(cè)出發(fā)減小一個或多個電極元件的高度可以與借助于設(shè)置在坯料或構(gòu)件下側(cè)上的掩模引入第一空腔同時地進(jìn)行。
55.可以使用兩級的掩模實現(xiàn)從上側(cè)出發(fā)減小一個或多個所述電極元件的高度。兩級的掩模可以包括一個硬掩模層和一個例如設(shè)置在硬掩模層上的抗蝕劑掩模層。在第一步驟或分步驟中，可以完整地蝕刻出由上面的掩模層、就是說通常是抗蝕劑掩模層預(yù)先規(guī)定的間隙，或者僅對所述間隙進(jìn)行預(yù)蝕刻，就是說例如預(yù)蝕刻一個預(yù)先規(guī)定的深度。此時，上面的掩模層可以去除，從而留下下面的掩模層，所述下面的掩模層與上面的掩模層相比使構(gòu)件上側(cè)的附加區(qū)域露出。此時，如果沒有在第一分步驟中完整地蝕刻出間隙，則可以在另一個步驟或分步驟中蝕刻完成所述間隙，同時將附加地露出的區(qū)域蝕刻確定的量，由此可以實現(xiàn)希望地從上側(cè)降低結(jié)構(gòu)元件的高度。
56.所提出的方法可以包括一個這樣的步驟，在該步驟中，將坯料與基體連接。例如可
以將坯料設(shè)置在底部基體上并將其與底部基體相固定。例如可以設(shè)定，如果設(shè)有保護(hù)層，在向坯料的下側(cè)上施加保護(hù)層之后，并且在引入第一和第二間隙之前，將帶有第一凹部和可能的第二凹部的所述坯料固定在底部基體上。這樣，在蝕刻期間，通過底部基體保持坯料穩(wěn)定。此時，也可能的是，帶有第一和第二凹部的坯料仍具有大于最終希望實現(xiàn)的第一、第二和可能的第三厚度的厚度，以便使其更為穩(wěn)定。在這種情況下較厚的坯料可以容易地操作并且固定在底部基體上。然后，在將坯料固定在底部基體上之后可以從上側(cè)出發(fā)實現(xiàn)減小所述厚度，從而最終在第一、第二和可能的第三區(qū)域中建立希望的厚度。此后可以引入所述間隙。當(dāng)希望有特別小的厚度，例如5μm或小于5μm的第一厚度時，這是特別有利的。
57.設(shè)置在底部基體上的帶有第一和第二間隙的坯料或所述構(gòu)件然后可以由頂部基體覆蓋。坯料通過蝕刻提供的接觸區(qū)域、優(yōu)選是框架和/或錨定結(jié)構(gòu)可以與底部基體和/或頂部基體連接。這例如可以通過晶片鍵合來實現(xiàn)。
58.至少在所述微機械構(gòu)件與底部和/或頂部基體的一個所述接觸區(qū)域中設(shè)置絕緣層。備選或附加地，可以在固定之前在接觸區(qū)域之外在底部和/或頂部基體朝向所述微機械構(gòu)件的側(cè)面上向第一和/或第二基體中引入空腔。由此可以實現(xiàn)的是，例如所述第二區(qū)域沒有與所述基體發(fā)生不希望的接觸并且保持能自由運動。特別是當(dāng)在所述構(gòu)件的與底部基體連接的下側(cè)上不存在第二凹部時，對于構(gòu)造成底部基體的基體這是有利的。此外，對于構(gòu)造成頂部基體的基體，所述空腔可能是有利的，由此可以避免，構(gòu)件的上側(cè)在不希望的部位處與頂部基體發(fā)生接觸并由此在振動上受到妨礙。
59.在這里介紹的方法中，這里要指出的是，第一和第二凹部例如可以同心地相互嵌套。所述第一和/或第二凹部此外可以在中央設(shè)置在例如構(gòu)造成矩形的下側(cè)上。第一和第二間隙現(xiàn)在應(yīng)在通過第一或必要時還通過第二凹部限定的區(qū)域中結(jié)束，如上面說明的那樣。就是說，應(yīng)在相應(yīng)的位置處在上側(cè)上蝕刻所述第一和第二間隙。
60.所述方法的附加的優(yōu)點可以能在于允許的容差，可以在所述凹部相對于所述構(gòu)件的定位方面和/或在預(yù)先規(guī)定間隙的位置的掩模相對于所述凹部的位置的容差方面得到所述容差。這樣，通過第一凹部限定的區(qū)域例如可以沿x方向和/或y方向比預(yù)先規(guī)定第一間隙的掩模的區(qū)域大10μm至200μm。這樣掩模不必為了實現(xiàn)希望的功能而以nm級的精度在中央定位在第一凹部的上方。由此，可以實現(xiàn)附加地簡化制造工藝，這種簡化有助于降低成本或使這個制造工藝自動化。預(yù)先規(guī)定所述至少一個第二間隙的掩模的區(qū)域這里通常選擇成，使得所述至少一個第二間隙與第一間隙隔開足夠距離地設(shè)置，以便確保，在第二區(qū)域中引入所述至少一個第二間隙。通過相對于所述凹部移動所述掩模的位置，盡管可以改變第一區(qū)域和第二區(qū)域或者第二區(qū)域與第三區(qū)域之間的臺階部的位置，但這種位置改變在通過常規(guī)的光刻法能實現(xiàn)的調(diào)節(jié)精度的范圍內(nèi)是可以容許的。
61.要強調(diào)的是，僅結(jié)合構(gòu)件說明的特征，對于所給出方法也可以要求保護(hù)，并且反之亦然。
附圖說明
62.在附圖中示出本發(fā)明的示例性實施形式。其中：
63.圖1示出在電極間隙的寬度上設(shè)置的電極的歸一化電容以及歸一化電容靈敏度的圖表；
64.圖2示出所提出的構(gòu)件的透視圖和剖視圖；
65.圖3a-c示出所提出的構(gòu)件的不同實施形式；
66.圖4a-c示出所提出的、附加地正面加工的構(gòu)件的不同實施形式；
67.圖5用具有保護(hù)層的實施形式示出帶有底部基體的構(gòu)件；
68.圖6用具有保護(hù)層的實施形式示出帶有底部基體和頂部基體的構(gòu)件；
69.圖7用沒有保護(hù)層的實施形式示出帶有底部基體和頂部基體的構(gòu)件；
70.圖8用具有空腔的實施形式示出帶有底部基體和頂部基體的構(gòu)件；以及
71.圖9示出帶有底部基體和頂部基體的構(gòu)件的另一個視圖。
具體實施方式
72.圖1示出一個布圖，其中在電極間隙寬度x上(用μm表示電極間隙)標(biāo)注歸一化(normiert)電容(c歸一化、點虛線示出)和歸一化電容靈敏度dc/dx，即在間隙寬度x變化時電容的變化(dc/dx歸一化，劃虛線)。根據(jù)板式電容器的原理，由電極面積a與其間距、即電極間隙寬度x的商得出電容c：c
∝
a/x。就是說，在電極面積恒定時，電容與電極間隙寬度x成反比。在圖中，對于在0.5μm與4μm之間的電極間隙，將電容c歸一化到1地標(biāo)注，就是說(通過乘以x)抵消了所述反比關(guān)系。在面積a增大或減小時，歸一化電容相應(yīng)地根據(jù)c
∝
a/x與面積成比例地改變。
73.電容靈敏度dc/dx因此與a/(x^2)成比例。對于0.5μm至4μm的電極間隙，這個值也是歸一化(通過乘以x)地標(biāo)注的并且相應(yīng)地表現(xiàn)出與電極間隙的反比關(guān)系。就是說，對于小的間隙間距，電容靈敏度dc/dx比電容c本身明顯更快地升高。面積a僅是線性地影響電容以及電容靈敏度。改進(jìn)電容靈敏度與基本電容的關(guān)系主要對于實現(xiàn)節(jié)約能量的系統(tǒng)是非常有益的。降低基本電容對于后續(xù)的電容-電壓變換電路實現(xiàn)了降低電流消耗。電容靈敏度與基本電容的比值在小間距的區(qū)域內(nèi)得到明顯改進(jìn)，如圖1示出的那樣。電極間距x對電容靈敏度的影響可以相應(yīng)地明顯比電極面積a的影響更強。
74.圖2用立體圖并用沿在所述立體圖中標(biāo)注的剖切線a-a的剖視圖示出一個微機械系統(tǒng)(mems)。
75.在這個系統(tǒng)中，構(gòu)件16設(shè)置在底部基體15上，在這個立體圖中可以看到構(gòu)件16的上側(cè)，向所述上側(cè)中引入多個間隙19、20，這些間隙從上側(cè)一直延伸到與上側(cè)相對置的下側(cè)。
76.所述構(gòu)件16和構(gòu)件設(shè)置在其上的底部基體15由單晶硅制成。
77.所述構(gòu)件垂直于沿z方向延伸的厚度的、沿x方向和z方向的橫向尺寸在0.5mm至15mm之間。
78.構(gòu)件16包括多個構(gòu)成電極3的第一結(jié)構(gòu)元件3，所述結(jié)構(gòu)元件設(shè)置在構(gòu)件16的第一區(qū)域21中并由至少一個第一間隙19界定。此外，所述構(gòu)件還包括第二結(jié)構(gòu)元件2、7，這些結(jié)構(gòu)元件中的一些構(gòu)成電極或阻尼器7，另一些構(gòu)成彈簧2，并且設(shè)置在構(gòu)件的與第一區(qū)域21不同的第二區(qū)域22中。所述第二結(jié)構(gòu)元件2、7由第二間隙20界定。
79.如在剖視圖a-a中可以看到的那樣，所述第一區(qū)域21通過引入構(gòu)件下側(cè)中的第一凹部6限定。在所述第一區(qū)域21中，所述構(gòu)件具有第一厚度c。構(gòu)件在第一區(qū)域21中的所述第一厚度c相對于構(gòu)件在第二區(qū)域22中的第二深度b減小。第一間隙19在第一區(qū)域21中從上側(cè)
延伸到下側(cè)并且在第一凹部6中結(jié)束。第一間隙19的第一間隙深度以及還有位于這個區(qū)域中的第一結(jié)構(gòu)元件3的高度由此通過所述第一厚度c限定。所述第一間隙19在所示示例中包括不同寬度的第一間隙：在第一區(qū)域21中設(shè)置較窄的第一間隙19a以及較寬的第一間隙19b。第一凹部6沿x方向和沿y方向的橫向尺寸在100μm與2000μm之間。沿z方向的第一厚度c在5μm與60μm之間。由于第一凹部6相對于第二厚度減小的第一厚度c這里為第一厚度的25％至80％之間。
80.所述第二間隙20在第二區(qū)域22中從上側(cè)延伸到下側(cè)并且在第二凹部6之外結(jié)束。就是說，第二間隙的間隙深度和第二結(jié)構(gòu)元件2、7的高度對應(yīng)于構(gòu)件在第二區(qū)域22中的第二厚度b。就是說，第二間隙深度大于第一間隙深度。
81.第二間隙的第二最小間隙寬度大于第一間隙的第一最小間隙寬度。在當(dāng)前情況下，在第一區(qū)域21中存在不同寬度的間隙，這些間隙總體上可以定義為第一間隙。這些第一間隙19中較窄的第一間隙的間隙寬度構(gòu)成第一最小間隙寬度，所述第一最小間隙寬度小于具有最小寬度的第二間隙20的間隙寬度。較寬的第一間隙19b的間隙寬度可以選擇成小于、等于或大于第二最小間隙寬度。個別間隙也可以沿其長度具有變換的寬度，此時，這種變化的寬度的最小值也可以定義為最小間隙寬度。
82.第一間隙19的第一最大縱橫比通過第一間隙深度與第一最小間隙寬度的比值得出，而第二間隙20的第二最大縱橫比通過第二間隙深度與第二最小間隙寬度的比值得出。所述第一最大縱橫比和第二最大縱橫比在所示出的實施例中是相同大小的。第一間隙的最大縱橫比和第二間隙的最大縱橫比分別大于25:1。
83.構(gòu)件的第一結(jié)構(gòu)元件3和第二結(jié)構(gòu)元件2、7構(gòu)造成板并且在兩個彼此平行地構(gòu)成的相對置的側(cè)面上由第一間隙19或第二間隙20界定。至少一些構(gòu)造成電極元件的第一結(jié)構(gòu)元件3和第二結(jié)構(gòu)元件7分別由垂直于界定平行的側(cè)邊的第一間隙19或第二間隙20延伸的另外的第一間隙19或第二間隙20界定，從而相應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件3、7在剩下的第四側(cè)邊上與構(gòu)件的其余部分連接。
84.所述構(gòu)件這里包括框架1和相對于框架1能振動的質(zhì)量布置系統(tǒng)4。框架1和質(zhì)量布置系統(tǒng)4通過彈簧2能振動地相互連接，就是說，在彈簧2發(fā)生變形的情況下可以相對于彼此振動。這里這種可振動性存在于一個、兩個或三個空間方向上。
85.如上所述，第一間隙19這樣界定至少幾個第一結(jié)構(gòu)元件3，使得其三個側(cè)邊外露并且一個第四側(cè)邊與構(gòu)件的其余部分連接。在所示出的實施形式中，這是這樣來實現(xiàn)的，即，幾個所述第一結(jié)構(gòu)元件3與質(zhì)量布置系統(tǒng)4連接，而其余的結(jié)構(gòu)元件與框架1或與相對于框架固定設(shè)置的或能固定設(shè)置的錨定結(jié)構(gòu)27連接。電極的由各第一間隙或所述第一間隙相互分開的、與構(gòu)件的不同部段或部件連接的電極元件相互嵌接或相互嚙合地設(shè)置。就是說這些電極元件局部地相互重疊，從而重疊的區(qū)域構(gòu)成電容器的電極。當(dāng)質(zhì)量布置系統(tǒng)4相對于框架1或錨定結(jié)構(gòu)27振動時，相應(yīng)地與相應(yīng)部段或部件連接電極元件一起振動。通過這種振動，兩個相鄰的電極元件之間的間隙間距變化，和/或兩個相鄰的電極元件的重疊面積變化，這導(dǎo)致通過電極3形成的電容器結(jié)構(gòu)的電容發(fā)生可測量的變化。
86.與第一電極3的由第一結(jié)構(gòu)元件形成的第一電極元件相同，第二電極7的由第二結(jié)構(gòu)元件形成的第二電極元件可以通過在它們之間延伸的第二間隙20或在它們之間延伸的各第二間隙20相互分開，這里，一些第二電極元件與質(zhì)量布置系統(tǒng)4連接，而其他電極元件
與框架1或與相對于框架1固定設(shè)置或能固定設(shè)置的錨定結(jié)構(gòu)27連接。與質(zhì)量布置系統(tǒng)4連接的第二電極元件可以相應(yīng)地地相對于與框架1或錨定結(jié)構(gòu)27連接的第二電極元件振動，所述電極元件相對于另外的電極元件相互嵌接地設(shè)置。
87.所述構(gòu)件也可以包括構(gòu)造成阻尼元件7的第二結(jié)構(gòu)元件7，所述阻尼元件的設(shè)計類似于第二電極7的設(shè)計，但阻尼元件在其功能上與所述第二電極不同。
88.第一結(jié)構(gòu)元件3具有在兩個平行延伸的第一間隙19之間延伸的結(jié)構(gòu)寬度，第一和第二結(jié)構(gòu)元件的最小結(jié)構(gòu)寬度例如在1μm與10μm之間。在第一區(qū)域中的第一最小間隙寬度這里在0.3μm與1.5μm之間，而第二最小間隙寬度大于第一最小間隙寬度并且在1.5μm與4μm之間。
89.所述構(gòu)件除了具有第一厚度c的第一區(qū)域21和具有第二厚度b的第二區(qū)域22以外還包括具有第三厚度a的第三區(qū)域23。這里，第三厚度a這里還大于第二厚度b。第二區(qū)域22通過微機械構(gòu)件背面中的第二凹部5限定，通過所述凹部使得厚度相對于第三區(qū)域a減小并且由此形成第二區(qū)域22。又在第二區(qū)域22之內(nèi)引入第一凹部6，以便形成第一區(qū)域21。第三區(qū)域23是這樣的區(qū)域，所述框架1和所述錨定結(jié)構(gòu)27或各所述錨定結(jié)構(gòu)27主要在這個區(qū)域中延伸。框架1的一些部分這里在形式上也位于第二區(qū)域22中，因為這些部分具有第二厚度b。因此第三區(qū)域a由所述框架1和錨定結(jié)構(gòu)27包含。
90.為了將所述構(gòu)件固定在底部基體上，第三區(qū)域23在下側(cè)上與底部基體15連接。構(gòu)件的所述框架和/或錨定結(jié)構(gòu)27在上側(cè)和/或下側(cè)上與基體連接。在構(gòu)件和基體15之間在固定區(qū)域中設(shè)有絕緣層13。
91.如上所述，構(gòu)件和基體15由單晶硅制成。所述構(gòu)件例如也可以由電絕緣的玻璃材料或陶瓷材料制成，所述玻璃材料或陶瓷材料在熱性能上應(yīng)與硅相適配。在這種情況下，可以省去絕緣層13。
92.提供一種具有高性能和盡可能小的(電容)間隙間距的任務(wù)在所示出的構(gòu)件中這樣來實現(xiàn)，即，在構(gòu)件內(nèi)部形成具有不同結(jié)構(gòu)厚度的區(qū)域21、22、23。mems中的功能元件2、3、7根據(jù)其功能由不同寬度的間隙19、20界定并且配設(shè)給所述區(qū)域21、22、23，使得分別能盡可能好地利用蝕刻技術(shù)上可以實現(xiàn)的最大縱橫比。由此可以相互獨立地提高電容靈敏度和振蕩質(zhì)量/質(zhì)量塊(seismische masse)以及橫向剛度。在保持最大可能的蝕刻技術(shù)上可實現(xiàn)的縱橫比的情況下，具有最高靈敏度的電極3所處的第一區(qū)域21中的結(jié)構(gòu)厚度降低。由此構(gòu)造成電極間隙的第一間隙19在這個區(qū)域中可以以<1μm的尺寸實現(xiàn)。
93.以相同的過程，在質(zhì)量元件4和彈簧2的區(qū)域中的結(jié)構(gòu)厚度可以設(shè)計得明顯更大。由此可以實現(xiàn)具有能提高信噪比(snr)的大振蕩質(zhì)量和/或具有大橫向剛度的結(jié)構(gòu)，由此可以抑制不希望的運動。這兩個方面尤其是對于設(shè)計高精度的微機械慣性傳感器是必要的和有利的，但這個基本原理也可以轉(zhuǎn)用到其他傳感器和致動器功能上。
94.在圖2中以一維的mems結(jié)構(gòu)為例說明本發(fā)明的一個可能的實施形式，所述mems結(jié)構(gòu)例如形成加速傳感器。但所介紹的技術(shù)不僅限于這樣的系統(tǒng)。在另外的圖3至9中示出幾個另外的可能的設(shè)計方案，這些圖中并未給出窮盡的列舉。
95.mems結(jié)構(gòu)優(yōu)選由單晶硅基體制成并且有具有第三厚度a的環(huán)繞框架、質(zhì)量元件4(振蕩質(zhì)量)和至少一個具有第二厚度的適當(dāng)?shù)膹椈?或彈簧系統(tǒng)構(gòu)成。以這個第二厚度b可以將第二結(jié)構(gòu)元件7、如例如板狀元件設(shè)計成用于靜電力輸入、用于電容探測或用于調(diào)整阻
尼。在圖2中這以阻尼元件7為例示出。在這個具有第二厚度b的第二區(qū)域22中的第二結(jié)構(gòu)元件7通過具有第二最小寬度的第二間隙20界定。此外，還形成具有進(jìn)一步減小的第一結(jié)構(gòu)厚度c的第一區(qū)域21，可以給所述第一區(qū)域配設(shè)另外的第一結(jié)構(gòu)元件，如附加的彈簧系統(tǒng)、慣性質(zhì)量的區(qū)域、板狀的元件，以用于靜電力輸入、用于電容探測或用于調(diào)整阻尼。在圖2中為此示例性示出具有減小的第一厚度c的探測電極3。界定所述探測電極的、具有第一最小寬度的第一間隙19明顯小于第二間隙20。兩個區(qū)域中由相應(yīng)最小間隙寬度和相對應(yīng)的存在于相應(yīng)區(qū)域中的結(jié)構(gòu)厚度得出的相應(yīng)的最大縱橫比選擇成，使得所述縱橫比是大致相等的并且與蝕刻技術(shù)上可實現(xiàn)的縱橫比相一致。
96.在間隙間距和相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)厚度的一個示例性的可能的設(shè)計方案中，在假設(shè)最大縱橫比為25:1時，例如在結(jié)構(gòu)厚度為50μm的第二區(qū)域22中實現(xiàn)2μm的最小間隙寬度，而在結(jié)構(gòu)厚度為25μm的第一區(qū)域21中實現(xiàn)1μm的最小間隙寬度。由此，在這個示例中已經(jīng)實現(xiàn)了電容靈敏度的加倍。
97.通過間隙寬度與結(jié)構(gòu)厚度的匹配使最大縱橫比均等的這個原理的實施方式在圖2中以附加地降低的第一區(qū)域21為例示出，但這不僅限于臺階式結(jié)構(gòu)。
98.所說明的mems結(jié)構(gòu)在具有第三厚度a的第三區(qū)域23中固定在下基體上，所述基體由電絕緣的材料制成或用電絕緣的材料13、如例如sio2涂覆。與可能的上基體(見圖6至9)的固定區(qū)域24在第三區(qū)域23中在構(gòu)件的上側(cè)上形成。
99.在圖2中或后面的附圖之一中示出的構(gòu)件或mems的制造通過蝕刻、例如干蝕刻實現(xiàn)。
100.在圖2示出的構(gòu)件的情況下，首先向坯料的下側(cè)中引入第二凹部5，從而在第二凹部5延伸的位置處坯料獲得減小的厚度。然后，在第二凹部5之內(nèi)引入第一凹部6，以便進(jìn)一步減小厚度。就是說，在引入兩個凹部5、6之后，存在三個具有彼此不同的厚度的不相交的區(qū)域21、22、23。這三個不同的厚度可以是厚度c、b、a，但也可以是分別以確定的值大于厚度c、b、a的三個厚度，這里，在后面的步驟中從上側(cè)出發(fā)減小坯料的厚度，由此形成厚度c、b、a。
101.第一間隙19在第一區(qū)域21中以及第二間隙20同時在第二區(qū)域22中分別沿z方向從上側(cè)出發(fā)蝕刻。這優(yōu)選是在坯料或構(gòu)件16已經(jīng)設(shè)置在底部基體15上之后進(jìn)行。為了進(jìn)行蝕刻，在坯料的上側(cè)上提供掩模，所述掩模預(yù)先給定了所有間隙的位置、走勢和寬度。就是說，例如是抗蝕劑掩模或硬掩模的所述掩模預(yù)先規(guī)定第一間隙19和第二間隙20在垂直于z方向或蝕刻方向的x-y平面中的幾何尺寸。
102.所述掩模構(gòu)造成和在上側(cè)上定位成，使得最窄的間隙位于第一區(qū)域中，而例如限定阻尼器7或彈簧2的最寬的間隙位于第二區(qū)域22中。就是說，在定位掩模時要考慮凹部的位置。這里，可以設(shè)有容差，例如其方式是，將第一凹部6和/或第二凹部5的尺寸設(shè)計得略大，從而例如可以以5至10μm的精度實現(xiàn)掩模沿x方向和/或沿y方向的定位。所有間隙19、20此時在一個步驟中同時從上側(cè)出發(fā)沿z方向朝下側(cè)蝕刻，直至這些間隙完全穿透坯料并出現(xiàn)在下側(cè)上。
103.如上所述，所述坯料或構(gòu)件16通常在引入間隙19、20之前設(shè)置在底部基體15上并且通過晶片鍵合與底部基體連接。這里，在具有第三厚度a的第三區(qū)域23中、就是說在框架1和基體15之間或者說在錨定結(jié)構(gòu)27和底部基體15之間建立所述連接。
104.圖3a-c僅限于以不同的實施形式示出mems功能層，就是說僅示出沒有基體的構(gòu)件。在這里示出的所有實施形式中都存在第一凹部6和第二凹部5。
105.這里，在圖3a中，在第一區(qū)域中設(shè)置具有高靈敏度的電極3，而在第二區(qū)域中僅設(shè)置彈簧2。在電極3和彈簧2之間設(shè)有質(zhì)量元件4。質(zhì)量元件4較大的部分這里分別在第二區(qū)域22中延伸并且具有第二厚度b，而質(zhì)量元件4的一個較小的部分分別伸入第一區(qū)域21并具有第一厚度c。
106.在圖3b中，在第二區(qū)域22中除了彈簧2還設(shè)置阻尼器7。由此振動特性與圖3a中的示例不同。在圖3c中示出這樣的實施形式，所述實施形式在其結(jié)構(gòu)上類似于圖3b的實施形式，在這個實施形式中，在第二區(qū)域22中構(gòu)造成彈簧8的結(jié)構(gòu)元件以從下側(cè)出發(fā)降低的沿z方向的高度或厚度存在。為此在設(shè)有彈簧2、8的第二區(qū)域22中從背面出發(fā)減小所述構(gòu)件的厚度。這特別是可以與通過借助于相應(yīng)的設(shè)置在坯料下側(cè)上的掩模進(jìn)行蝕刻而引入第一凹部6同時地進(jìn)行。此時，第一凹部6和用于減小彈簧8的高度的凹陷可以同時蝕刻。由此彈簧8通常得到相同的高度或厚度，所述高度或厚度也存在與第一區(qū)域21中，如也在這個圖中示出的那樣。
107.圖4a-c示出這樣的實施形式，其中，從上側(cè)出發(fā)通過蝕刻減小幾個第一和/或結(jié)構(gòu)元件的高度。在圖4a中示出第一區(qū)域21中從上側(cè)出發(fā)降低的電極元件9，所述電極元件此時具有第五厚度或高度e，并且示出第二區(qū)域22中從上側(cè)出發(fā)降低的阻尼元件10，所述阻尼元件具有第四高度d。彈簧2在所示的實施形式中具有其完整的高度，這個高度對應(yīng)于第二高度b。
108.在圖4b中，與圖4a不同，在兩側(cè)、就是說從上側(cè)出發(fā)和從下側(cè)出發(fā)降低阻尼器11。這種在兩側(cè)降低的阻尼器11此時也具有第五高度e。在圖4c中，與圖4a和b不同，彈簧也在兩側(cè)降低高度并且具有第五高度e。
109.結(jié)構(gòu)元件9、10、11、12從上側(cè)出發(fā)的這種臺階結(jié)構(gòu)同樣通過蝕刻實現(xiàn)，這里，在上側(cè)上施加兩級的掩模，所述掩模例如包括一個硬掩模和一個抗蝕劑掩模。此時，間隙19、20的蝕刻和結(jié)構(gòu)元件9、10、11、12的高度降低可以以兩級的蝕刻過程來實現(xiàn)。
110.概括而言，就是說，通過附加的高度降低例如產(chǎn)生以下結(jié)構(gòu)元件(見圖3c、圖4a-c)：
[0111]-從下面形成臺階的彈簧8
[0112]-從上面形成臺階的具有最高靈敏度的電極元件9
[0113]-從上面形成臺階的阻尼元件或電極元件10
[0114]-在兩側(cè)形成臺階的阻尼元件或電極元件11
[0115]-在兩側(cè)形成臺階的彈簧12。
[0116]
這些結(jié)構(gòu)元件8、9、19、11、12由此可以最佳地與其相應(yīng)的功能相適配。這樣，例如單側(cè)或上側(cè)形成臺階的彈簧8、12使得可以容易地設(shè)計豎直運動形式的尺寸。這些運動形式例如可以有利地借助于單側(cè)或雙側(cè)形成臺階的電極9靜電地激勵或電容式地探測。由此，用于多軸的傳感器或致動器的各mems元件可以有利地組合或集成在一個基體中。
[0117]
在具有較高靈敏度的電極3的區(qū)域內(nèi)中降低結(jié)構(gòu)厚度按所述的技術(shù)利用附加的蝕刻步驟實現(xiàn)。這里厚度比設(shè)計成，使得有目的地利用具有較大間隙寬度的結(jié)構(gòu)與具有最小間隙間隙間距的結(jié)構(gòu)之間的arde。這里也有目的地適配調(diào)整間隙長度；很長的狹窄間隙必
要時通過有意地引入加寬部中斷，其方式是，就是說例如局部地提高間隙寬度。由此在一個蝕刻步驟實現(xiàn)了確定所有功能元件的橫向結(jié)構(gòu)尺寸，由此實現(xiàn)了盡可能好的結(jié)構(gòu)完整性。
[0118]
為了實現(xiàn)在圖4a-c中示出的附加地降低幾個功能元件(例如彈簧、固定或活動的電容電極)，可以使用從坯料的上側(cè)進(jìn)行的兩階段的結(jié)構(gòu)化過程(優(yōu)選是兩階段的蝕刻過程)。為此，可以使用由兩個預(yù)結(jié)構(gòu)化的掩模層組成的組合。在以確定的深度進(jìn)行預(yù)蝕刻步驟之后，取出上面的掩模層并繼續(xù)進(jìn)行蝕刻，從而建立希望的高度臺階結(jié)構(gòu)。這種兩階段的方法這里可以有利地與從背面進(jìn)行的形成臺階的過程(引入第一凹部6和第二凹部5)相結(jié)合。
[0119]
圖5示出設(shè)置在基體15上的構(gòu)件的示意性橫向剖視圖，所述構(gòu)件具有設(shè)置在下側(cè)上的保護(hù)層。
[0120]
可選地，可以在蝕刻第一凹部6以及在存在第二凹部的情況下蝕刻第二凹部5之后將這種保護(hù)層14、例如在其厚度上優(yōu)化的sio2層設(shè)置在坯料的背面上。所述保護(hù)層14可以防止在很大的間隙的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)過度蝕刻。這種保護(hù)層由此保護(hù)坯料的下側(cè)受到蝕刻作用并且此外還防止在蝕刻期間所述結(jié)構(gòu)發(fā)生不希望的運動。所述保護(hù)層14可以在蝕刻所述結(jié)構(gòu)之后選擇性地(圖6)或完整地(圖7)重新去除。
[0121]
圖6至9還示出根據(jù)本申請不同地設(shè)計的mems的示意性橫向剖視圖，它們分別具有底部基體15和頂部基體17。
[0122]
通過底部基體15和頂部基體17密封地封閉mems結(jié)構(gòu)并且建立特征性的內(nèi)壓。
[0123]
如上所述，圖6這里以后面的階段示出圖5的構(gòu)件16，此時已經(jīng)將頂部基體17固定在構(gòu)件16上并且保護(hù)層在間隙19、20的下端部上中斷，以便實現(xiàn)結(jié)構(gòu)元件2、3的可運動性。相反，在圖7的實施形式中完整地去除保護(hù)層14。
[0124]
在圖6和7中，在底部基體15和構(gòu)件16之間以及在頂部基體17和構(gòu)件16之間分別在構(gòu)成第三區(qū)域23并具有第三厚度(a)的接觸區(qū)域中設(shè)置絕緣層13。
[0125]
這里，在圖6和7的實施形式中，接觸區(qū)域朝所述底部基體15通過第三區(qū)域23和第三厚度a本身限定并且由此通過第二凹部5提供所述接觸區(qū)域。就是說，通過第二凹部5防止質(zhì)量布置系統(tǒng)4、彈簧2或電極3與底部基體15發(fā)生接觸并且由此在其可運動性上受到限制。相對于頂部基體17，通過引入頂部集體17本身中的凹部18來防止出現(xiàn)對可運動性的這種限制。凹部18的深度例如可以為2至50μm。
[0126]
在圖8中示出的實施形式這里與圖6、7的實施形式的區(qū)別在于缺少第二凹部5。相應(yīng)地，僅在構(gòu)件16的下側(cè)上存在第一凹部6。在這個實施形式中，在制造構(gòu)件16時也可以利用arde的所述效應(yīng)。這里僅省去了引入第二凹部6的步驟。相應(yīng)地不存在具有第三厚度c的第三區(qū)域23，而是僅存在第一區(qū)域21和第二區(qū)域22。框架1和可能的錨定結(jié)構(gòu)27此時具有第二厚度b并且在據(jù)此同樣處于第二區(qū)域22中的接觸區(qū)域中與底部基體15和/或頂部基體17連接。為了確保相對于底部基體15的可運動性，底部基體15也具有空腔18和由此補償缺少的第二凹部5。底部基體中的所述空腔18也可以具有2至50μm的深度。由此如圖6和7中的實施例那樣實現(xiàn)了頂部基體17。
[0127]
圖9示出制造完成的mems結(jié)構(gòu)的一個較大部分的示意性橫向剖視圖。
[0128]
該構(gòu)件也具有第一凹部6和第二凹部5，從而在底部基體15中可以省去空腔18，相反頂部基體17具有空腔18。由于空腔18的設(shè)計方案，構(gòu)件16與底部基體15的固定區(qū)域與構(gòu)
件與頂部基體17的固定區(qū)域是不同的：底部區(qū)域17與框架1和錨固結(jié)構(gòu)27連接，而頂部基體僅與框架1連接。
[0129]
所述底部基體15具有接觸口或接觸孔25，所述接觸口或接觸孔使得能夠接近這里位于錨定結(jié)構(gòu)27上的固定的第三區(qū)域23。但所述接觸口25在另一個設(shè)計方案中可以備選或附加地也位于框架1的區(qū)域中。但備選或附加地也可以在頂部基體17中存在接觸口，所述接觸口使得能夠接近固定區(qū)域24。在采用導(dǎo)電或半導(dǎo)電的基體材料的情況下，所述固定區(qū)域以及底部基體15和/或頂部基體17的基體表面也在接觸口25的區(qū)域中涂覆有電絕緣的絕緣層，例如sio2。接觸口25以及所述表面的區(qū)域相反具有導(dǎo)電的、例如金屬的層26，由此建立與mems的所述結(jié)構(gòu)、例如電極3的電接觸并且同時實現(xiàn)了重新配線(umverdrahtung)(使不同的在內(nèi)部分離的mems區(qū)域相互連接和提供用于外部接頭的接觸面)。這樣可以接通電極3、7并且在運行中可以探測或測量由電極3、7形成的電容器由于振動引起的所述電容變化。
[0130]
用于制造例如在圖9中示出的mems元件的、以擴展的空腔soi技術(shù)為基礎(chǔ)的制造方法例如包括以下工藝步驟：
[0131]
i.提供必要時帶有電絕緣層(13)的底部基體(15)，
[0132]
ii.提供具有大于第三厚度(a)的厚度的坯料，
[0133]
iii.優(yōu)選通過蝕刻向坯料的下側(cè)中引入第二凹部(5)，
[0134]
iv.優(yōu)選通過蝕刻向坯料的下側(cè)中引入至少一個第一凹部(6)，所述第一凹部位于第二凹部(5)之內(nèi)，
[0135]
v.在固定區(qū)域(23)中，優(yōu)選通過晶片鍵合將所述坯料安裝到所述底部基體(15)上，
[0136]
vi.從上側(cè)出發(fā)使坯料變薄，從而在至少一個第一區(qū)域(21)中建立第一厚度(c)，在第二區(qū)域(22)中建立第二厚度(b)，以及在第三區(qū)域或固定區(qū)域(23)中建立第三厚度(a)，
[0137]
vii.向坯料的上側(cè)上施加掩模層并使掩模層結(jié)構(gòu)化，所述掩模層優(yōu)選是抗蝕劑掩模或硬掩模，以便確定微機械結(jié)構(gòu)的所有橫向尺寸，
[0138]
viii.優(yōu)選通過豎直的各項異性的干蝕刻，借助于掩模層從上側(cè)出發(fā)沿豎直方向使微機械功能層結(jié)構(gòu)化，由此產(chǎn)生豎直的間隙(19、20)并且在一個步驟中實現(xiàn)完成(freistellung)整個結(jié)構(gòu)，
[0139]
ix.去除掩模層，
[0140]
x.優(yōu)選通過晶片鍵合利用另一個作為頂部基體(17)的基體對構(gòu)件(16)進(jìn)行封裝，所述頂部基體具有至少一個空腔(18)并且必要時具有電絕緣層(13)，
[0141]
xi.在底部基體(15)中和/或在頂部基體(17)中制作基體與構(gòu)件(16)的結(jié)構(gòu)元件(2、3)的必要時電絕緣的接觸口(25)并且設(shè)置能導(dǎo)電的(金屬的)連接(26)。
[0142]
此外本申請涉及以下有助于理解本發(fā)明的方面：
[0143]
1.具有可振動的彈簧-質(zhì)量布置系統(tǒng)的微機械系統(tǒng)，
[0144]
·
包括底部基體和/或頂部基體，用于固定微機械結(jié)構(gòu)和固定電極及阻尼器系統(tǒng)，
[0145]
·
包括至少一個質(zhì)量元件(4)和彈簧組合(2、8、12)，所述彈簧組合實現(xiàn)了至少一個空間方向上、必要時最多三個空間方向上的運動自由度，
[0146]
·
包括具有平直或彎曲的幾何形狀的板狀的元件，所述元件耦合到活動的質(zhì)量塊
和/或固定的且電絕緣的區(qū)域上并且由此形成電極布置系統(tǒng)，以便實現(xiàn)靜電激勵/力耦入或電容探測或者以便實現(xiàn)流體阻尼(3、7、9、10、11)，其中，
[0147]
·
所述結(jié)構(gòu)具有至少兩個變薄的區(qū)域，所述區(qū)域具有朝向基體的特征性凹部(5)、(6)和由此得到的結(jié)構(gòu)厚度(b、c)以及相對應(yīng)地得到的最小間隙間距(20、19)，這里在兩個區(qū)域中，間隙寬度與結(jié)構(gòu)厚度的最大縱橫比是近似相等的。
[0148]
2.根據(jù)方面1的微機械系統(tǒng)，其中，
[0149]
·
所述微機械系統(tǒng)由單晶si制成，和/或
[0150]
·
所述基體由單晶si制成或由在熱性能上與si相適配的玻璃材料或陶瓷材料制成。
[0151]
3.根據(jù)方面1或2的微機械系統(tǒng)，其中，
[0152]
·
典型的結(jié)構(gòu)高度(b)選擇成在20...100μm的范圍，并且典型的最大縱橫比選擇成>20，以及
[0153]
·
最小間隙間距(19)在1μm和更小的范圍內(nèi)實現(xiàn)。
[0154]
4.根據(jù)方面1至3之一的微機械系統(tǒng)，其中，
[0155]
·
這樣選擇最大縱橫比以及電極的重疊長度，使得整個結(jié)構(gòu)可以僅利用各向異性的干蝕刻過程制作，這里，在兩個結(jié)構(gòu)厚度區(qū)域中用于完成所述結(jié)構(gòu)的蝕刻時間是近似相同的，
[0156]
5.根據(jù)方面1至3之一的微機械系統(tǒng)，其中，
[0157]
·
所述電極設(shè)計成間距變化的以及面積變化的。
[0158]
6.根據(jù)方面1至5之一的微機械系統(tǒng)，其中，
[0159]
·
彈簧、電極和阻尼器在兩個結(jié)構(gòu)厚度區(qū)域中可以具有另外的臺階部，從而得到結(jié)構(gòu)厚度(d、e)，以便能夠產(chǎn)生和探測豎直的運動。
[0160]
7.用于制造根據(jù)方面1至5之一的微機械系統(tǒng)的方法，至少包括以下步驟：
[0161]
·
提供基體(15)，所述基體優(yōu)選具有電絕緣層(13)，
[0162]
·
提供用于所述構(gòu)件(16)的坯料，
[0163]
·
優(yōu)選通過蝕刻向坯料的下側(cè)中引入第一凹部(5)，
[0164]
·
優(yōu)選通過蝕刻向坯料的下側(cè)中引入第二凹部(6)，所述第二凹部位于第一凹部(5)之內(nèi)，
[0165]
·
在固定區(qū)域(23)中，優(yōu)選通過晶片鍵合將所述坯料安裝到基體(15)上，
[0166]
·
從上側(cè)使坯料變薄，從而在固定區(qū)域中建立邊緣厚度(a)，在第一區(qū)域(22)中建立第一結(jié)構(gòu)厚度(b)，以及在第二區(qū)域(21)中建立第二結(jié)構(gòu)厚度(c)，所述第二區(qū)域位于區(qū)域(22)之內(nèi)，
[0167]
·
向坯料的上側(cè)上施加掩模層并使掩模層結(jié)構(gòu)化，所述掩模層優(yōu)選是抗蝕劑掩模或硬掩模，以便確定微機械結(jié)構(gòu)的所有橫向尺寸，
[0168]
·
優(yōu)選通過豎直的各項異性的干蝕刻借助于掩模層從上側(cè)出發(fā)沿豎直方向使微機械功能層結(jié)構(gòu)化，由此產(chǎn)生豎直的間隙(19、20)并且在一個步驟中完成整個結(jié)構(gòu)，
[0169]
·
去除掩模層，
[0170]
·
優(yōu)選通過晶片鍵合利用另一個基體(17)對構(gòu)件(16)進(jìn)行封裝，所述另一個基體具有至少一個另外的凹部(18)并且必要時具有電絕緣層(13)，
[0171]
·
在下基體(15)或上基體(17)中制成通向傳感器結(jié)構(gòu)的功能區(qū)域的、必要時電絕緣的接近口，并且設(shè)置金屬的連接結(jié)構(gòu)。
[0172]
8.用于制造根據(jù)方面1至5之一的微機械系統(tǒng)的方法或根據(jù)方面7的方法，其中，
[0173]
·
向預(yù)結(jié)構(gòu)化的坯料的下側(cè)上和/或向坯料的上側(cè)上施加保護(hù)層(14)，所述保護(hù)層的厚度選擇成，使得對于有限的蝕刻時間實現(xiàn)掩模作用并且由此實現(xiàn)保護(hù)表面不受蝕刻作用。
[0174]
9.用于制造根據(jù)方面1至5之一的微機械系統(tǒng)的方法或根據(jù)方面7或8的方法，其中，
[0175]
·
沒有向坯料的下側(cè)中引入第二凹部(5)，而是向底部基體(15)的上側(cè)中引入一個凹部(18)。
[0176]
10.于制造根據(jù)方面1至6之一的微機械系統(tǒng)的方法或根據(jù)方面7或8的方法，其中，
[0177]
·
為了確定所述橫向尺寸，使用兩級的掩模，所述掩模優(yōu)選由硬掩模和抗蝕劑掩模組成，
[0178]
·
在微機械功能層的第一結(jié)構(gòu)化步驟中，首先以確定的數(shù)值沿豎直方向預(yù)蝕刻所有間隙，
[0179]
·
此后首先僅去除上掩模層，
[0180]
·
優(yōu)選通過各向異性的干蝕刻繼續(xù)進(jìn)行微機械功能層的結(jié)構(gòu)化，這里從上側(cè)實現(xiàn)彈簧、電極和阻尼器的確定的降低，并且在這些區(qū)域中建立結(jié)構(gòu)厚度(d)和(e)，
[0181]
·
接下來去除硬掩模。
[0182]
附圖標(biāo)記列表
[0183]
(1)
?????
框架
[0184]
(2)
?????
彈簧(第二結(jié)構(gòu)元件)
[0185]
(3)
?????
第一電極(第一結(jié)構(gòu)元件)
[0186]
(4)
?????
質(zhì)量布置系統(tǒng)
[0187]
(5)
?????
第二凹部
[0188]
(6)
?????
第一凹部
[0189]
(7)
?????
第二電極或阻尼器(第二結(jié)構(gòu)元件)
[0190]
(8)
?????
形成臺階的彈簧
[0191]
(9)
?????
形成臺階的電極元件
[0192]
(10)
????
形成臺階的電極元件或阻尼元件
[0193]
(11)
????
在兩側(cè)形成臺階的電極元件或阻尼元件
[0194]
(12)
????
在兩側(cè)形成臺階的彈簧
[0195]
(13)
????
絕緣層
[0196]
(14)
????
保護(hù)層
[0197]
(15)
????
底部基體
[0198]
(16)
????
構(gòu)件
[0199]
(17)
????
頂部基體
[0200]
(18)
????
頂部或底部基體中的空腔
[0201]
(19)
????
第一間隙
[0202]
(20)
????
第二間隙
[0203]
(21)
????
第一區(qū)域
[0204]
(22)
????
第二區(qū)域
[0205]
(23)
????
第三區(qū)域
[0206]
(24)
????
與上基體的固定區(qū)域
[0207]
(25)
????
基體的接觸口
[0208]
(26)
????
導(dǎo)電的層
[0209]
(27)
????
錨定機構(gòu)
[0210]
(a)
?????
第三厚度/高度/間隙深度
[0211]
(b)
?????
第二厚度/高度/間隙深度
[0212]
(c)
?????
第一厚度/高度/間隙深度
[0213]
(d)
?????
第四厚度/高度
[0214]
(e)
?????
第五厚度/高度
技術(shù)特征：
1.一種用于微機械系統(tǒng)的構(gòu)件(16)，所述構(gòu)件具有上側(cè)和與上側(cè)相對置的下側(cè)，所述構(gòu)件包括：-至少一個第一結(jié)構(gòu)元件，所述第一結(jié)構(gòu)元件設(shè)置在所述構(gòu)件(16)的第一區(qū)域(21)內(nèi)并且由至少一個第一間隙(19)界定；-至少一個第二結(jié)構(gòu)元件，所述第二結(jié)構(gòu)元件設(shè)置在所述構(gòu)件(16)的與第一區(qū)域(21)不同的第二區(qū)域(22)中并且由至少一個第二間隙(20)界定；其中，通過所述構(gòu)件(16)的下側(cè)中的第一凹部(6)限定所述第一區(qū)域(21)并且所述構(gòu)件(16)在第一區(qū)域(21)中的第一厚度(c)相對于所述構(gòu)件(16)在第二區(qū)域(22)中的第二厚度(b)減小；其中，所述至少一個第一間隙(19)在第一區(qū)域(21)中從上側(cè)延伸到下側(cè)并結(jié)束于第一凹部(6)中，并且具有通過所述構(gòu)件(16)在所述第一區(qū)域中的第一厚度(c)限定的第一間隙深度；其中，所述至少一個第二間隙(20)在第二區(qū)域(22)中從上側(cè)延伸到下側(cè)并結(jié)束于第一凹部(6)之外，并且具有通過所述構(gòu)件(16)在所述第二區(qū)域(22)中的第二厚度(b)限定的第二間隙深度，所述第二間隙深度大于所述第一間隙(19)的第一間隙深度；以及其中，所述至少一個第二間隙(20)的第二最小間隙寬度大于所述至少一個第一間隙(19)的第一最小間隙寬度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件(16)，其中，通過第一間隙深度與第一最小間隙寬度的比值給定所述至少一個第一間隙(19)的第一最大縱橫比；通過第二間隙深度與第二最小間隙寬度的比值給定所述至少一個第二間隙(20)的第二最大縱橫比；所述第一最大長寬比等于或基本上等于所述第二最大縱橫比。3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件至少在兩個至少局部相互平行延伸的、相對置的側(cè)面上由所述至少一個第一間隙(19)界定和/或所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件至少在兩個至少局部相互平行延伸的、相對置的側(cè)面上由所述至少一個第二間隙(20)界定，從而所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件或所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件構(gòu)造成平直或彎曲的板。4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，在所述第一區(qū)域(21)中設(shè)置寬度不同的第一間隙(19a、19b)。5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，所述構(gòu)件包括框架(1)和能相對于所述框架(1)振動的質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)，其中，所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件包括彈性的彈簧(2)，所述彈簧將所述框架(1)與質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)相互連接，使得所述框架和質(zhì)量布置系統(tǒng)在彈簧(2)發(fā)生變形的情況下能夠相對于彼此振動。6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，所述構(gòu)件包括框架(1)和能相對于所述框架(1)振動的質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)，其中，所述至少一個第一間隙(19)在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)與所述框架(1)之間延伸或者在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)與相對于所述框架(1)固定設(shè)置或能固定設(shè)置的錨定結(jié)構(gòu)(27)之間延伸，使得通過所述至少一個第一間隙(19)界定的所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件包括第一電極(3)，所述第一電極與包括與所述錨定結(jié)構(gòu)(27)或所述框架(1)連接的電極元件并且所述第一電極包括與所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)連接的電極元件，與
所述錨定結(jié)構(gòu)(27)或所述框架(1)連接的電極元件和與所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)連接的電極元件相互嵌接并且能相對于彼此運動。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的構(gòu)件(16)，其中，所述至少一個第二間隙(20)在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)與所述框架(1)之間延伸或者在所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)與相對于所述框架(1)固定設(shè)置或能固定設(shè)置的錨定結(jié)構(gòu)(27)之間延伸，使得通過所述至少一個第二間隙(20)界定的所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件包括第二電極(7)或阻尼器，所述第二電極或阻尼器與包括與所述錨定結(jié)構(gòu)(27)或所述框架(1)連接的電極元件并且所述第二電極或阻尼器包括與所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)連接的電極元件，與所述錨定結(jié)構(gòu)(27)或所述框架(1)連接的電極元件和與所述質(zhì)量布置系統(tǒng)(4)連接的電極元件相互嵌接并且能相對于彼此運動。8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述至少一個第一間隙的所述第一最小間隙寬度至少為0.1μm、優(yōu)選至少為0.3μm，和/或最高為3μm、優(yōu)選最高為1.5μm，和/或所述至少一個第二間隙的所述第二最小間隙寬度至少為1.5μm和/或最高為4μm。9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述第一厚度(c)至少為5μm和/或最高為100μm、優(yōu)選最高為60μm；和/或所述第一厚度(c)對應(yīng)于所述第二厚度(b)的至少15％、優(yōu)選至少25％和/或最高90％、優(yōu)選最高80％。10.根據(jù)權(quán)利要求2至9之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述至少一個第一間隙(19)的所述第一最大縱橫比和所述至少一個第二間隙(20)的第二最大縱橫比分別為10:1或更大、優(yōu)選為20:1或更大、特別優(yōu)選為25:1或更大。11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，一個或多個所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件和/或一個或多個所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件的高度在上側(cè)和/或在下側(cè)上相對于設(shè)置有所述結(jié)構(gòu)元件的相應(yīng)區(qū)域(21、22)的厚度減小。12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述構(gòu)件(16)由硅、優(yōu)選由單晶硅制成，或者所述構(gòu)件(16)包含硅、優(yōu)選包含單晶硅。13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，所述構(gòu)件的垂直于所述構(gòu)件的厚度方向的橫向尺寸在0.5mm與15mm之間和/或所述第一凹部(6)的橫向尺寸在100μm與2000μm之間。14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件(16)，其中，通過所述構(gòu)件(16)背面中的第二凹部(5)限定所述第二區(qū)域(22)，并且第二厚度(b)小于不同于第一區(qū)域(21)和第二區(qū)域(22)的第三區(qū)域(23)的第三厚度(a)，所述框架(1)和/或錨定結(jié)構(gòu)(27)至少部分地在所述第三區(qū)域(23)中延伸。15.一種微機械系統(tǒng)，所述微機械系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求4至13之一所述的構(gòu)件(16)和用于固定所述構(gòu)件(16)的基體，其中，所述構(gòu)件(16)的框架(1)和/或錨定結(jié)構(gòu)(27)在上側(cè)和/或在下側(cè)上與所述基體(15、17)連接。16.根據(jù)權(quán)利要求15的微機械系統(tǒng)，其中，所述基體由硅、優(yōu)選由單晶硅制成和/或由玻璃材料或陶瓷材料制成，所述玻璃材料或陶瓷材料在熱性能上與硅相適配。17.一種用于制造用于微機械系統(tǒng)的構(gòu)件(16)的方法，所述方法至少包括以下步驟：向坯料的下側(cè)中引入第一凹部(6)，從而所述坯料在由第一凹部(6)限定的第一區(qū)域(21)中具有沿z方向延伸的第一厚度(c)，所述第一厚度小于由與第一區(qū)域(21)不同的第二區(qū)域(22)中沿z方向延伸的第二厚度(b)，
在所述第一區(qū)域(21)中蝕刻至少一個第一間隙(19)，以便制成至少一個通過所述至少一個第一間隙(21)界定的第一結(jié)構(gòu)元件；以及在所述第二區(qū)域(22)中蝕刻至少一個第二間隙(20)，以便制成至少一個通過所述至少一個第二間隙(20)界定的第二結(jié)構(gòu)元件；其中，所述蝕刻分別沿z方向?qū)崿F(xiàn)并且這樣進(jìn)行，使得所述至少一個第一間隙(19)具有通過所述第一厚度(c)限定的第一間隙深度，所述第一間隙深度小于所述至少一個第二間隙(20)的通過在第二區(qū)域(22)中的第二厚度(b)限定的第二間隙深度，并且所述至少一個第一間隙(19)的第一最小間隙寬度小于所述至少一個第二間隙(20)的第二最小間隙寬度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述至少一個第一間隙(19)和所述至少一個第二間隙(20)由坯料背向下側(cè)的上側(cè)出發(fā)沿z方向朝下側(cè)蝕刻。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，還包括以下步驟：將掩模、優(yōu)選是抗蝕劑掩模和/或硬掩模施加到坯料的上側(cè)上，并且通過所述掩模對于所述至少一個第一間隙(19)和所述至少一個第二間隙(20)預(yù)先規(guī)定在垂直與z方向的平面內(nèi)的幾何尺寸。20.根據(jù)權(quán)利要求17至19之一所述的方法，其中，同時蝕刻所述至少一個第一間隙(19)和所述至少一個第二間隙(20)。21.根據(jù)權(quán)利要求17至20之一所述的方法，其中，所述坯料由硅制成或包含硅，所述硅優(yōu)選是單晶硅，和/或用干蝕刻工藝進(jìn)行所述蝕刻。22.根據(jù)權(quán)利要求17至21之一所述的方法，其中，所述第二區(qū)域(22)通過第二凹部(5)限定，所述第二凹部(5)優(yōu)選在引入第一凹部(6)之前的步驟中引入坯料的下側(cè)，第一凹部(6)在第二凹部(5)的內(nèi)部引入坯料中。23.根據(jù)權(quán)利要求17至22之一所述的方法，其中，在向坯料中引入第一凹部(6)之后的步驟中或在向坯料中引入第一凹部(6)和引入第二凹部(5)之后的步驟中，至少局部地向坯料的下側(cè)上施加保護(hù)層(14)、優(yōu)選是氧化層。24.根據(jù)權(quán)利要求17至23之一所述的方法，包括以下步驟：從上側(cè)出發(fā)和/后從下側(cè)出發(fā)相對于第一厚度降低一個或多個所述至少一個第一結(jié)構(gòu)元件的高度，和/或從上側(cè)出發(fā)和/或從下側(cè)出發(fā)相對于第二厚度降低一個或多個所述至少一個第二結(jié)構(gòu)元件的高度，并且分別優(yōu)選以使用兩級掩模的蝕刻過程進(jìn)行所述步驟，所述掩模包括硬掩模和抗蝕劑掩模。25.根據(jù)權(quán)利要求17至24之一所述的方法，其中，將所述坯料設(shè)置在底部基體(15)上并固定在其上，此后將第一間隙(19)和第二間隙(20)引入固定在底部基體(15)上的坯料中。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過頂部基體(17)覆蓋帶有引入的間隙(19、20)的坯料并且將坯料的接觸區(qū)域、優(yōu)選是框架(1)和/或錨定結(jié)構(gòu)(27)與底部基體(15)和/或頂部基體(17)連接，優(yōu)選通過晶片鍵合連接。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，在微機械構(gòu)件與底部基體(15)和/或頂部基體(17)的至少一個所述接觸區(qū)域中設(shè)置絕緣層(13)，和/或在固定之前在接觸區(qū)域之外在底部基體(15)或頂部基體(17)的朝向所述構(gòu)件(16)的側(cè)面上向底部基體(15)和/或頂部基體(17)中引入空腔。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及用于微機械系統(tǒng)的構(gòu)件(16)和用于制造構(gòu)件的方法。構(gòu)件具有上側(cè)和與上側(cè)相對置的下側(cè)且包括：至少一個第一結(jié)構(gòu)元件，第一結(jié)構(gòu)元件設(shè)置在構(gòu)件(16)的第一區(qū)域內(nèi)并且由至少一個第一間隙(19)界定；以及至少一個第二結(jié)構(gòu)元件，第二結(jié)構(gòu)元件設(shè)置在構(gòu)件(16)的與第一區(qū)域(21)不同的第二區(qū)域(22)中并且由至少一個第二間隙(20)界定。第一區(qū)域(21)通過構(gòu)件(16)的下側(cè)中的第一凹部(6)限定，其中構(gòu)件(16)在第一區(qū)域(21)中的第一厚度(C)相對于構(gòu)件(16)在第二區(qū)域(22)中的第二厚度(B)減小。至少一個第二間隙(20)的第二最小間隙寬度大于至少一個第一間隙(19)的第一最小間隙寬度。于至少一個第一間隙(19)的第一最小間隙寬度。于至少一個第一間隙(19)的第一最小間隙寬度。
