CN104118841A - 具有可变品质因数的微机电和/或纳机电结构 - Google Patents

具有可变品质因数的微机电和/或纳机电结构 Download PDF

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CN104118841A CN201410171576.4A CN201410171576A CN104118841A CN 104118841 A CN104118841 A CN 104118841A CN 201410171576 A CN201410171576 A CN 201410171576A CN 104118841 A CN104118841 A CN 104118841A
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纪尧姆·约丹
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Abstract

本发明涉及具有可变品质因数的微机电和/或纳机电结构。惯性传感器包括：固定部件(8)、悬吊于固定部件(8)的至少一个质量块(6)以及阻尼悬吊于固定部件(8)的部件(6)的位移的装置(4)，所述阻尼装置(4)为机电阻尼装置，包括：串联的至少一个直流电源(14)、一个电阻器(R)以及一个可变电容器(C)，所述可变电容器(C)部分地由悬吊部件(6)形成，部分地由固定部件(8)形成，使得悬吊部件(6)的位移导致可变电容器(C)的电容变化。

Description

具有可变品质因数的微机电和/或纳机电结构
技术领域
本发明涉及具有可变品质因数的微机电和/或纳机电结构，具体涉及一种具有可变品质因数的惯性传感器。
背景技术
例如，惯性传感器为由微机电系统(MEMS)和/或纳机电系统(NEMS)形成的加速计、陀螺仪、磁力计或压力传感器。
通常，微系统或纳系统的品质因数可用各种耗散源或阻尼源的逆值之和来表示。通常，施加于微机电和/或纳机电系统的主阻尼源是粘滞阻尼。
陀螺仪具有给定的品质因数。
因此，陀螺仪电子设备被设计为提供特定的品质因数范围。在陀螺仪处于启动阶段时能够改变品质因数，可能是有利的。例如，降低品质因数拓宽了锁相环(PLL)的启动范围。并且，通过增大品质因数，可获得更好的驱动力。
此外，目前对于包括若干个微机电系统(MEMS)和/或纳机电系统(NEMS)(例如，集成了至少一个陀螺仪和至少一个加速计)的结构，存在日益增长的需求。
这些系统常常被隔离于腔室中，特别用于将其与外部环境隔开。因此，这些系统可被置于两个不同的腔室中或被置于同一腔室中。
特别是在后者的情况下，这两个系统必须处于在相同压力下的环境中。
出于灵敏度的原因，陀螺仪需要高品质系数，高品质系数是通过例如将陀螺仪置于低压环境中获得的。相反，不需要激励装置来操作的非共振或无源加速计则需要低品质因数，否则将具有非线性特性，甚至可能在受到冲击时被损坏。可以通过将加速计置于在正常大气压(ambient pressure)下的环境中以保证该加速计的一定阻尼，来获得低品质因数。
因此，在同一腔室内集成加速计和陀螺仪会对这两个传感器的正确操作造成问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种包括至少一个微和/或纳机电设备的设备，该微和/或纳机电设备包括简单地改变其品质因数并且可以很容易地集成到微和/或纳机电系统的结构中的装置。
上述目的通过微和/或纳机电系统来实现，该微和/或纳机电系统包括机电阻尼装置，该机电阻尼装置包括其中电源、至少一个电阻器和至少一个可变电容器串联连接的电路，所述电容器被集成到微和/或纳机电系统的结构中，使得该系统的悬吊质量块的位移将导致电容器的电容变化。
换句话说，用于悬吊质量块的阻尼源被引入到微和/或纳机电系统，该阻尼源可以用来改变品质因数。
在一个非常有利的示例中，可变电容器中的至少一个可变电容器部分地由被设计为测试系统的电极形成。
因此，阻尼装置利用系统中的现有装置，因此，更容易制造这些阻尼装置。
优选地，所述电阻器被制造为尽可能靠近所述系统，例如所述电阻器例如通过在衬底中蚀刻一量尺(gauge)和/或修改其掺杂被制造到该衬底中，这限制了寄生电容，并且可提供较高的电阻值。
阻尼源可以是可控的。例如在陀螺仪的情况下，这样的阻尼源可以降低启动时的品质因数。
对于包含位于相同低压腔室中的陀螺仪和加速计的设备，利用本发明，可容易地降低加速计的品质因数，从而补偿低压。压力在例如1毫巴到几毫巴之间。
本发明的主题是一种微机电和/或纳机电结构，包括：至少一个固定部件、悬吊于所述固定部件的至少一个部件以及阻尼所述悬吊部件相对于所述固定部件的位移的装置。所述阻尼装置为机电阻尼装置，包括：至少一个直流电源、至少一个电阻器以及与该电阻器串联的至少一个可变电容器，所述至少一个电容器和所述至少一个电阻器与所述电源形成至少一个环路，所述可变电容器部分地由悬吊部件形成，部分地由固定部件形成，使得悬吊部件的位移导致可变电容器的电容变化。
有利地，该结构包括至少n个组件，每个组件包括一电阻器以及与该电阻器串联的一可变电容器，所述n个组件并联连接，且连接到DC电源上，以形成具有相同电源的n个环路。
非常有利地，n为偶数，并且所述结构包括具有n个电独立图案的固定部件，所述n个组件中的n个可变电容器由所述固定部件中的所述n个图案形成，所述n个图案相对于所述悬吊部件的对称平面布置在所述悬吊部件的每一侧上。
在一个示例性实施例中，所述惯性质量块包括具有n个齿的梳状物，并且所述固定部件包括具有形成n个图案的n个齿的梳状物，这两个梳状物相互交叉，使得一个梳状物的一个齿与另一梳状物的一个齿形成可变电容器。
在一个示例中，所述至少一个可变电容器例如为可变气隙电容器。
例如，在电容器的两个电极彼此不平行的情况下，在该电容器的一端处两个电容器电极之间的气隙可以不同于在该电容器的另一端处两个电容器电极之间的气隙。
在另一示例中，所述至少一个可变电容器例如为可变面积电容器。
有利地，所述至少一个可变电容器的至少一个电极由所述结构的至少一个测试电极形成。
优选地，所述电阻器部分地由所述固定部件形成。
该电阻器可通过如下方式制成并有利地集成到固定部件中：例如，对将形成该固定部件的至少一部分的支撑体进行蚀刻，和/或，将一元件转移到固定部件上，和/或对形成该固定部件的至少一部分的支撑体进行掺杂。由该电阻器形成的图案可以例如是可悬吊于衬底或不悬吊于衬底的横梁图案或蛇形图案。固定部件可以是其中制造出悬吊部件的衬底或形成盖的衬底。
所述阻尼装置可以是可控的，以便施加可变的阻尼力。
所述结构可包括用于检测所述悬吊部件的位移和形成惯性传感器的装置。所述惯性传感器则可为加速计。
所述结构可包括用于激励所述悬吊部件的至少一部分的装置。所述阻尼装置则可为可控的，以便施加可变的阻尼力，所述惯性传感器为陀螺仪。
本发明的另一主题为一种组件，包括集成到单个衬底上的至少两个惯性传感器，所述两个惯性传感器中的至少一个为根据本发明的惯性传感器。所述组件可包括根据本发明的陀螺仪和加速计，所述陀螺仪和所述加速计被有利地封装在同一腔室中，由于使用阻尼装置而使得所述加速计具有低品质因数。
有利地，封装所述加速计的腔室在低压下。
本发明的又一主题是一种用于制造根据本发明的结构或组件的方法，包括以下步骤：
-在将至少部分地形成所述固定部件的支撑体上，制造所述阻尼装置的至少一个电阻器，
-制造所述结构的悬吊部件和固定部件，
-至少释放所述悬吊部件。
制造所述至少一个电阻器的步骤包括用于控制制造所述至少一个电阻器所用的部分材料的电阻率的掺杂步骤。
生产方法可包括：在生产所述结构的所述悬吊部件和所述固定部件之前，在所述电阻器上形成保护层的步骤。
附图说明
在阅读以下给出的说明和附图之后，将更好地理解本发明，在附图中：
图1A是根据本发明的利用阻尼装置的微机电系统的示意图；
图1B是图1中的系统的有利变型实施例的示意图，其中阻尼装置对称地作用于惯性质量块；
图2是利用根据本发明的提供增大的阻尼的阻尼装置的微机电系统的另一示例性实施例的示意图；
图3A、3B和3C是根据本发明的微机电系统的三个示例性实施例的实际实施例的俯视图；
图4A是微机电系统的传递函数的典型图；
图4B是图4A中的系统传递函数图针对几个电阻值的缩放；
图5是由阻尼装置对惯性质量块产生的阻尼与阻尼装置的电阻值的关系的图；
图6是由阻尼装置对惯性质量块产生的阻尼系数与阻尼装置的电源电压的关系的图；
图7是系统的品质因数与阻尼装置的电源电压的关系的图；
图8是包括陀螺仪和加速计的设备的俯视图，其中加速计具有根据本发明的阻尼装置；
图9A至9I是制造根据本发明一个实施例的系统时的不同步骤的示意图；
图10A和10B是可在本发明中使用的电阻器的示例性实施例的示意图；
图11A是图1B的完整版；
图11B是图1B的系统的变型的示意图，其中两个组件R、C与两个不同的电源串联连接；
图12是根据本发明的使用彼此连接的两个惯性质量块的系统的示例性实施例的示意图；
图13是根据本发明的系统的示例性实施例的示意图，其中两个组件R、C以非对称方式作用于惯性质量块；
图14是加速计的示例性实施例的示意图，其中检测装置使用计量器，计量器的共振频率的变化被测量。
具体实施方式
在本说明中，术语MEMS用于统一地指代微机电系统或纳机电系统。
在一种应用中，这样的系统是惯性系统。它可能是共振或有源(active)惯性系统，即，使用诸如陀螺仪或有源加速计之类的激励装置和检测装置的惯性系统，或者它可以是非共振或无源惯性传感器，即，不使用激励装置的惯性传感器，待测量的信号仅由外部环境(例如加速计、磁力计或压力传感器)产生。
图1A是MEMS2和机电阻尼装置4的示意图。MEMS2包括从衬底10上的固定部件8悬吊的部件6，悬吊部件6形成惯性质量块。在所示的示例中，MEMS2还包括电容式检测装置12。例如，MEMS2是加速计；加速度使惯性质量块6相对于固定部件8发生位移，然后，梳状物(combs)的相对位移通过测量电容的变化而被检测出来。
在本发明中，直流电源可具有恒定电压或恒定电荷。
在图1A的示例中，机电阻尼装置4包括串联连接以形成环路的直流电源14、电阻器R和可变电容器C。可变电容器C的电容取决于惯性质量块6相对于固定部件8的位置。
在示意性示出的示例中，电容器C由彼此面对的两个极板16和18表示，一个极板16被相对于惯性质量块6固定，另一极板18被相对于固定部件8固定，因此，当惯性质量块移动时，极板16和18以朝向彼此或远离彼此的方式移动，通过改变气隙使电容器的电容发生变化。
电容器基于惯性质量块的预期位移被定向。在图1A中，预期位移沿Y轴进行，并且该位移期间，极板16，18以朝向彼此或远离彼此的方式移动。
电阻器R可被置于衬底上，并且可被连接到电容器和电源14。
优选地，电阻器被集成为尽可能靠近MEMS，这将减少寄生电容。为了实现这一目标，该电阻器例如通过蚀刻被有利地制造到衬底中，该电阻器则类似于一量尺(gauge)或横梁。该电阻器的长度大于其厚度和宽度，使得该电阻器具有高电阻。此外，优选地，对衬底上形成电阻器的材料的掺杂进行修改以实现一相对高的电阻值。
该电阻器与该系统的其余部分电隔离。它可采用量尺、横梁或细丝的形式，并且它还可以是悬吊的或者可以不是悬吊的。图10A示出了由若干个悬吊横梁19形成的电阻器的示例，这些横梁19通过锚21连接，在图10B中，该电阻器由细丝23形成，细丝21的两端由锚21进行锚定。在所示的示例中，细丝采用线圈的形式，但这绝不是限制性的。
可设想到通过pn结，即通过突然改变掺杂的电隔离。这种隔离的优点是，它不利用悬吊的“横梁”(即术语“beam”在机械领域的含义)。
作为一种变型，该量尺或横梁可由与衬底的材料不同的材料制成，该材料具有所需的电阻特性。
应理解，电阻器R可以由若干个串联的电阻器形成，例如在图3A到3B所示的。
阻尼装置按照如下方式运行：利用非零电压对环路进行极化，电容器的极板之间出现静电引力。此外，惯性质量块6的位移导致电容发生变化，这会导致在环路中流通的电流发生变化。由此产生的电流在电阻器中转化为热。
因此，通过焦耳效应所耗散的能量与惯性质量块的移动相关。该能量耗散保证了对惯性质量块的位移的机电阻尼。
图1B示出了根据本发明的阻尼装置4的另一有利的示例。阻尼装置4相对于惯性质量块6对称布置，并且对称地作用于该惯性质量块6，从而防止系统离开平衡位置并降低粘住的风险。在图1B所示的示意图中，该阻尼装置包括串联的电阻器R和电容器C，电容器的极板或电极中的一个极板或电极由惯性质量块的边缘6.1以及串联的电阻器R和电容器C支撑，电容器的极板或电极中的另一极板或电极由惯性质量块的沿Y方向与边缘6.1相对的边缘6.2支撑。
由于对称阻尼，系统保持在其平衡位置附近。通过使系统接近其平衡位置，阻尼不修改传感器的任何其他性能，例如传感器的灵敏度或动态范围。
应理解，本发明可以被用来制造非对称阻尼，在此情况下，系统在其平衡区之外运行，且系统的操作范围略有减小。所获得的阻尼在振幅上是等同的，并且其实现更为简单，这是因为例如它可以只使用一个电阻器和一个可变电容器。
图2示出了另一示例性实施例，其中阻尼装置4包括直流电压源VDC14、n个电阻器R1、R2、...、Rn和可变电容器C1、C2、...、Cn对，在每个对中的电阻器与可变电容器串联连接，这些对之间并联连接，且连接到电压源。因此，该阻尼装置包括若干个RC对，每个RC对都有自己的截止频率。由各个环路产生的阻尼是累加的(additional)，同时截止频率保持不变。
阻尼本身具有关于增益和截止频率的传递函数。因此，对于一个给定的工作频率，电阻和电容值存在一限制，当超过该限制时，阻尼变为零。使用单个RC对与电压源串联会限制阻尼，使得使用频率低于截止频率。
如果若干个RC对并联连接，则阻尼可以增大，因为它是在不降低截止频率的前提下对各个RC对的阻尼求和的结果，其中截止频率等于各个RC对的截止频率的平均值。
作为一个变型，如下所述，在单个RC对与电源串联连接的情况下，如图6中的图所示，可通过增大电源电压来增大阻尼。
阻尼装置4可被制造成关于惯性质量块对称，如图1B所示，相同数量的RC对作用于该惯性质量块的每一侧。
这种构造允许通过平衡由至少两组电极/电阻器施加的力来进一步抑制非线性项和静力分量。
在每侧各由一对RCV作用的示例中，该构造允许对通过极化电容器C1和C2产生的静力进行平衡。当质量块静止时，作用于质量块的静电力的总和等于零。此外，针对力F1和F2中的每一个产生的非线性项彼此抵消。
在图11A中示出由电容器施加的力和流过对的电流。
每一种构造，其中：
C1'＝-C2'＝C'(1)
C'是C关于自由度x的导数。
事实上，
质量块上的力可写成：
电容端子处的电压为：V1＝V0-Ri1，V2＝V0-Ri2
电流
考虑到(1)，在系统上的总力可写成：
由一个电极产生的力会产生三个分量：
不过，第一个分量和最后一个分量可能会对微机电系统的良好运行带来干扰。
在图11B中，可以看到包括两个组件R1、C1和R2、C2的阻尼装置，这两个组件关于惯性质量块6对称，每个组件R1、C1，R2、C2分别与其自身的电源V01、V02串联连接。该构造允许对力进行平衡(如果系统不平衡，也就是说，如果R1和R2不同，和/或，如果C1和C2不同)。图3A示出根据图2中的示例性实施例的包括MEMS和阻尼装置的结构的实际示例性实施例。
MEMS2包括相对于所述固定部件8自由地绕Z轴旋转的惯性质量块6。惯性质量块6通过两个正割横梁20(其形成关于Z轴的枢轴连杆(pivot link)22)悬吊于固定部件8。
检测装置是由两个压阻计24形成，这两个压阻计24差动地安装且布置在枢轴连杆22的各一侧上。当压阻计24之一由于拉伸而变形时，另一压阻计由于挤压而变形。作为一个变型，有可能仅有单个压阻计。
阻尼装置4包括若干个可变电容器，在该示例中，示出为4个，由C1、C2、C3、C4表示。每个电容器由固定在惯性质量块上的梳状物26的齿和固定在固定部件上的梳状物28的相对齿形成。在所示的示例中，每个梳状物有四个齿，这两个梳状物中的齿相互交叉。每个梳状物26、27的齿彼此电隔离，两个梳状物的齿彼此隔离。电阻器R1、R2、R3、R4形成在衬底中，并且每个电阻器与一个电容器串联连接。在所示的示例中，电阻器为悬吊量尺的形式。对于每个电容器，若干个电阻元件串联连接，以获得所需的电阻值，并且这些电阻元件与一电容器串联连接。每个电容器与一个或若干个电阻元件串联形成一RC对。阻尼装置则包括若干个并联的RC对。
将惯性质量块绕Z轴旋转，使梳状物的齿以朝向彼此或远离彼此的方式移动，从而改变电容器C1，C2，C3，C4的电容。在该示例性实施例中，电容改变主要通过改变相互面对的表面的面积来实现。
标记为30的电极形成测试电极，测试电极将验证所述MEMS的正确操作。在所示的示例中，这些电极并不对阻尼装置作出贡献。
电容器和电阻器对之间并联连接，且连接到直流电源(未示出)。如参照图2所解释的，阻尼值累加，同时保持恒定的截止频率。
图3B示出图3A中的系统的一个变型，其中阻尼装置包括由两个相互交叉的梳状物形成的六个可变电容器。对于图3A中的系统，梳状物的齿彼此电隔离，并且电阻器R1至R6由若干个串联的电阻元件形成。在该变型中，这些电阻元件排成直线，而在图3A中的系统中，电阻元件以形成紧凑结构的方式被定向。
图3C示出了另一示例性实施例，其中梳状物的齿在在旋转轴处具有相交轴。该结构是围绕旋转轴来组织的。电阻器类似于在图3A中的系统中的电阻器。在这个变型中，电容变化是气隙发生变化的结果。
在图3A，3B和3C中的系统中，阻尼装置被制造成为关于惯性质量块对称，从而通过对称的机电耦合向惯性质量块施加阻尼。
图4A示出在例如图3A或图3B中的系统中惯性质量块的位移与频率(以Hz计)的关系的一般传递函数。
该系统位移的总传递函数可写成：
其中，k为系统的刚度，
m为惯性质量块的质量，
C为阻尼装置的等效电容器在静止时的电容，
C'为由位移x产生的电容变化，
V0为极化RC对的直流电压，
γm是该系统的机械阻尼。
将实部和虚部分开，以获得修改该系统的共振频率的负惯性项：
和
机电阻尼项：
由在截止频率之下的机电耦合产生的附加阻尼的值可被认为与成比例。
因此，阻尼随电阻有效地变化。
图4B示出针对阻尼装置的不同电阻值，关于频率(以Hz计)的传递函数的缩放。
图4B证实，共振频率随电阻值而变化。
它还证实，阻尼不与电阻值成比例。当低于特定电阻值时，阻尼增大，当超过这个值时，阻尼减小。然后到达截止频率。
可通过电阻器的值和电源来控制阻尼。
图5示出针对给定频率，机械阻尼γm和机电阻尼γe随电阻器R的变化。机电阻尼被写成
机械阻尼γm是恒定的，并且独立于R的值。机电阻尼γe随R而变化，并经历最大值。
在所示的示例中，频率被固定为3500Hz。
机电阻尼在电阻R值等于45.5MΩ时达到其最大值。
图6示出针对10MΩ的电阻，机械阻尼系数Cγm和机电阻尼系数Cγe随阻尼装置的不同电源电压而发生的变化。
机械阻尼γm是恒定的，并且独立于电源电压的值。机电阻尼γe与电源电压的平方正相关。
图7还示出实验测量的品质因数QE和理论品质因数QT随电源电压的变化。因此，品质因数随控制电压的增大而下降。故而品质因数的值可被容易地根据电源电压来控制。
因此，通过选择电阻器R1和/或电源或电源电流的值，可获得所需要的阻尼，并且因此可获得所需要的品质因数。因此，利用本发明，可很容易地调整结构的品质因数，甚至可在结构操作期间，通过控制直流电源的值来控制结构的品质因数。
如上面提到的，阻尼装置可以包括可变面积或可变气隙电容器。
在一个或若干个可变气隙电容器的情况下，电容C被写成：
其中S为极板的面积，g为气隙，ε0为空气的介电常数。
阻尼与电容C'的变化成比例。
C'被写成：
其中x为两个电容器极板之间的位移。
C'则与气隙的值的平方的倒数成比例。
因此，阻尼与气隙的变化成比例。
由于在微电子学中使用的制造工艺的限制，可变气隙电容器具有比可变面积电容器有更好的C'/C比的优点，因而可实现较高的阻尼。然而，使用可变气隙电容器可导致吸合(pull-in)现象，并产生比相互交叉的梳状物更高的负刚度。
吸合是存在于例如可变气隙电容器(极板-极板)中的静电效应。当一电压施加于电容器的两个移动极板之间时，这两个移动极板朝向彼此移动。如果电压过高，则这两个极板将相互粘结；这就是所谓的临界电压，吸合电压。
此外，使用可变气隙电容器能够最大化由空气膜引起的阻尼的效应。因此，除了由机电耦合引起的阻尼，该阻尼装置还通过空气膜扩大了阻尼。
在另一个实施例中，阻尼装置还可包括一电感器。这样的阻尼装置可获得二阶机电耦合，从而获得超过1的品质因数。
MEMS可为陀螺仪。则阻尼装置优选地为能够在陀螺仪操作期间改变阻尼因而修改陀螺仪的品质因数的可控阻尼装置。
有利地，阻尼装置被控制为使得在陀螺仪开始操作时品质因数较低，这具有加宽锁相环(PLL)的启动范围的效果。随后该阻尼装置被控制为增大陀螺仪的品质因数。
MEMS可为被封装在低压下的加速计，则阻尼装置降低加速计的品质因数。如果加速计与需要低压操作的陀螺仪一起封装，则此低压封装是特别有吸引力的。因此，可制造出具有组合的陀螺仪G1-加速计Acc1的系统，同时陀螺仪和加速计能够良好地操作。图8示出了这样的装置。
加速计ACC1包括根据本发明的阻尼装置。
阻尼装置也可应用于任何惯性传感器，例如压力传感器或磁力计。
在一个特别有趣的实施例中，在阻尼期间耗散的能量仅来源于共振器。在耗散环路中的电流是交变的，电压是直流的(和固定的)，因此，在一个周期内，由直流电压源输出的功率总体为零。因此，增加的能量为零。
在图12中，示出允许优先以振动模式阻尼的RC组件。
在图12中，系统包括通过连接弹簧208连接的两个惯性质量块206、206'。
一个电容器C1、C2被关联到一个质量块上，两个电容器被关联到同一电阻器上，并且两个电容器并联连接。在与模式相关联的移动期间C(x)＝C1(x)+C2(x)保持恒定的振动模式，是非阻尼的。
可通过使用不同的电容器来阻尼反相(antiphase)模式。
在图13中，系统包括单个惯性质量块306，两个电容器C1、C2作用于质量块的彼此垂直的两侧。两个电容器也关联到同一电阻器上。模式1可为阻尼的。
在图14中，示出惯性系统的一个示例，例如加速计，其中检测质量块406的运动的装置由一计量器(例如压阻计)410形成，但其中该检测不使用该计量器的电变化的变化，而使用在该计量器的横向模式(由箭头T指代)下的共振频率的变化。为了使计量器的共振频率的变化达到良好的分辨率，它应具有良好的品质因数。例如，共振频率的变化由电容检测装置412测量。
加速计有利地安装在低压下的腔室中，该加速计的振动模式利用根据本发明的阻尼装置(未示出)被阻尼，并且计量器，更概括地来说为换能元件，由于低压而具有良好的品质因数。
现在，我们将公开具有根据本发明的阻尼装置的MEMS结构的一个示例性实施例。
在下面描述的示例中，MEMS结构是加速计，但任何其他设备可以使用该方法来制造。
在所述的示例中，使用SOI(绝缘体上硅)衬底。衬底100包括一般被称为体的硅层102、氧化物层104和覆盖氧化物层104的硅层106。衬底10被示意性地示于图9A。
例如，表面硅层106的厚度在0.1微米到100微米之间，掩埋氧化物层104的厚度在0.5微米到5微米之间。例如，硅层的厚度为250nm且氧化物层的厚度为1微米。
在第一步骤中，在除了给定区域108之外的整个层上植入掺杂剂，其中在给定区域108中将形成阻尼装置的电阻器。例如，可使用感光掩模来界定待被植入的区域，且随后感光掩模被去除。
优选地，下一步骤是，通过例如在1050℃下进行5分钟的退火，来均匀化植入在硅层106的整个厚度上的掺杂剂。
这样形成的元件示于图9B。
在下一步骤中，进行光刻，以界定将形成阻尼装置的电阻器R或电阻计，随后对硅层106进行蚀刻，直到到达氧化物层104上时停止。例如，进行深反应离子蚀刻(DRIE)。在所示的示例中，同时制造出将用于检测移动质量块的位移的压阻计24。
这样形成的元件示于图9C。
在下一步骤中，例如通过超过250纳米的深度的高密度等离子体(HDP)，在蚀刻后的硅层106上形成SiO2层110。
该层形成如上所述制造出的电阻器R和压阻计24的保护层。
这样形成的元件示于图9D。
在下一步骤中，在层110上进行光刻，以界定电阻器R的保护部分112和保护电阻计量器的部分114，提供这些保护部分是为了保护电阻器和计量器免受后续蚀刻操作。
下一步骤是对层110进行蚀刻，直到到达硅上时停止。
移除模版，并执行清洗步骤。
这样形成的元件示于图9E。
在随后的步骤中，例如通过超过20微米厚度的外延生长，在图9E中的元件上形成硅层116，优选地，该生长通过四步来执行，以形成4个5微米的层。
随后进行机械化学抛光步骤。
这样形成的元件示于图9F。
在下一步骤中，形成AlSi层118。
这样形成的元件示于图9G。
在下一步骤中，应用光刻以限定MEMS。沉积模版，然后同时对层116和118进行蚀刻。
对层118进行第二次蚀刻以界定所制造的接点和导电轨。
随后可进行清洗。
这样形成的元件示于图9H。
最后，例如通过用氢氟酸蚀刻来释放悬吊结构；例如可使用时间蚀刻(timeetching)。加速计和形成阻尼装置的电阻的计量器因而被释放。
这样形成的元件示于图9I。
有利地，将一盖转移至衬底上(由此获得的器件被安装在衬底上)。密封可以以已知的方式进行。
用于制造加速计结构和阻尼装置的工艺并不比单独制造加速计的工艺复杂多少。对于将根据本发明的阻尼装置集成到微电子结构中来说，掩模层(masklevel)是必需的。
作为一个变型，可在盖上制造一个或多个电阻器，随后可将其与在支撑器件的衬底上制造的一个或多个电容器相连接。制造一个或多个电阻器的步骤类似于上述在支撑器件的衬底上制造电阻器的步骤。
在这种情况下，在组装衬底及安装在衬底上的器件期间，提供接点以使支撑器件的衬底上制造的电阻器与电容器进行电连接，从而形成共熔合金，例如金/硅。作为一种变型，它可以是铝/锗或金/锡共熔合金。

Claims (18)

1.一种微机电和/或纳机电结构，包括：
至少一个固定部件(8)；
悬吊于所述固定部件(8)的至少一个部件(6)；以及
阻尼所述悬吊于所述固定部件(8)的部件(6)的位移的装置(4)，
所述阻尼装置(4)为机电阻尼装置，包括至少一个直流电源(14)以及至少n个组件，每个组件包括：一电阻器(R1,…Rn)以及与该电阻器串联的一可变电容器(C1,…Cn)或一由并联连接的多个可变电容器构成的子组件，
所述n个组件彼此并联连接，且连接到所述直流电源(14)上，以形成具有相同电源的n个环路，或者，每个组件连接到一直流电源上，
每个可变电容器(C)部分地由悬吊部件(6)形成，部分地由所述固定部件(8)形成，使得所述悬吊部件(6)的位移导致所述可变电容器(C)的电容变化。
2.根据权利要求1所述的结构，其中，至少两个组件中的电阻器是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的结构，其中，n为偶数，并且所述结构包括具有n个电独立图案的固定部件，所述n个组件中的n个可变电容器(C1,…Cn)由所述固定部件中的所述n个图案形成，所述n个图案相对于所述悬吊部件(6)的对称平面布置在所述悬吊部件(6)的每一侧上。
4.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述惯性质量块包括具有n个齿的梳状物，并且所述固定部件包括具有形成n个图案的n个齿的梳状物，这两个梳状物相互交叉，使得一个梳状物的一个齿与另一梳状物的一个齿一起形成一可变电容器。
5.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述至少一个可变电容器(C)为可变气隙电容器。
6.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述至少一个可变电容器(C)为可变面积电容器。
7.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述至少一个可变电容器(C)的至少一个电极由所述结构的至少一个测试电极(30)形成。
8.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述电阻器(R)部分地由所述固定部件形成。
9.根据权利要求1或2所述的结构，其中，所述阻尼装置是可控的，以便施加可变的阻尼力。
10.根据权利要求1或2所述的结构，包括用于检测所述悬吊部件的位移和形成惯性传感器的装置。
11.根据权利要求10所述的结构，其中，所述惯性传感器为加速计。
12.根据权利要求10所述的结构，包括用于激励所述悬吊部件的至少一部分的装置。
13.根据权利要求12所述的结构，其中，所述阻尼装置是可控的，以便施加可变的阻尼力，并且其中，所述惯性传感器为陀螺仪。
14.一种组件，包括集成到单个衬底上的至少两个惯性传感器，所述两个惯性传感器中的至少一个为根据权利要求10-13中的一项所述的惯性传感器。
15.根据权利要求14所述的组件，包括：根据权利要求13所述的陀螺仪和根据权利要求11所述的加速计，所述陀螺仪和所述加速计被封装在一腔室中，所述阻尼装置使得所述加速计具有低品质因数。
16.一种用于制造根据权利要求1-15中的一项所述的结构或组件的方法，包括以下步骤：
在衬底上或在衬底中，制造所述阻尼装置的至少一个电阻器，所述衬底将至少部分地形成所述固定部件；
制造所述结构的所述悬吊部件和所述固定部件；
至少释放所述悬吊部件。
17.根据权利要求16所述的生产方法，其中，制造所述至少一个电阻器的步骤包括：用于控制制造所述电阻器(R)所用的部分材料的电阻率的掺杂步骤。
18.根据权利要求16或17所述的生产方法，包括：在生产所述结构的所述悬吊部件和所述固定部件之前，在所述电阻器上形成保护层的步骤。
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