CN107207242A - 机械振荡器和相关制作方法 - Google Patents

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CN107207242A CN201680008265.3A CN201680008265A CN107207242A CN 107207242 A CN107207242 A CN 107207242A CN 201680008265 A CN201680008265 A CN 201680008265A CN 107207242 A CN107207242 A CN 107207242A
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silicon layer
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皮埃尔-马里·维斯
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Abstract

本发明涉及一种机械振荡器，所述机械振荡器具有条带(11)，其中所述条带(11)包括第一硅层(Cs1)、热补偿层(Co1)和第二硅层(Cs2)，所述第一硅层具有沿着一个平面的第一方向(Ds1)延伸的晶格，所述热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成，所述第二硅层具有在所述平面的第二方向(Ds2)上延伸的晶格，其中所述第一方向(Ds1)和所述第二方向(Ds2)在所述层的所述平面内偏移45°角，并且其中所述热补偿层(Co1)在所述第一硅层(Cs1)与所述第二硅层(Cs2)之间延伸。

Description

机械振荡器和相关制作方法
技术领域
本发明涉及机械振荡器领域，以及用于制造此类机械振荡器的过程。本发明尤其有利地适用于预期用在机械发条装置组件(诸如手表)的摇臂中的螺旋弹簧。
背景技术
机械振荡器是一种允许配重块维持在力作用下相对于稳定点运动的装置。机械振荡器施加在配重块上的瞬时力取决于若干参数，包括构成机械振荡器的材料的刚度。机械振荡器通常由条带构成，该条带可为各种形式，诸如直段、螺旋体或螺旋。
某些精密应用，诸如预期用于装备机械发条装置组件的摇臂的螺旋弹簧，需要螺旋形式的条带，该条带的刚度随温度的变化尽可能小。螺旋型弹簧的刚度由以下定义：
其中：
弹簧的扭角，并且
M，螺旋弹簧的复位扭矩。
由特定材料构成的条带的这个复位扭矩的方程式由以下定义：
其中：
E是用于条带的材料的杨氏模量；
L是条带的长度；
w是条带的宽度；并且
t是条带的厚度。
弹簧的特定共振频率与其刚度的平方根成比例。因此，弹簧的频率与条带材料的杨氏模量的平方根成比例。因此，如果杨氏模量随温度而变化，则螺旋的频率也将随温度而变化。在温度变化小的情况下，螺旋的频率因此就取决于杨氏模量的一阶温度变化。因此公认以下方程式显示了杨氏模量随温度的变化：
E＝E0(1+∝E(T-T0))
其中：
∝E是杨氏模量的热系数；
E是温度T下的杨氏模量，并且
E0是温度T0下的杨氏模量。
已知的是，利用在组分(铁、碳、镍、铬、钨、钼、铍、铌等)数量方面以及在用于获得金属弹性模量的自动变化补偿的冶金过程方面都较为复杂的合金，通过组合两种相反的影响，诸如温度的影响和磁致伸缩(磁性物体在磁化影响下收缩)的影响，来制造机械振荡器。然而，这些金属振荡器难以制造。首先，这是因为用于生产合金的过程复杂；金属的固有机械特性在不同的生产批次之间是不恒定的。此外，调整—其为确保振荡器有规律的技术-考究且缓慢。这个操作需要许多手动动作，并且必须丢弃许多缺陷零件。出于这些原因，制作成本高，并且保持恒定的质量是一项持续的挑战。
还已知的是，通过雕刻硅晶片的方式来制作机械振荡器，从而改善设计的规律性和精密度。用于制作此类机械振荡器的过程通常使用单晶硅晶片。因此，这些机械振荡器的单晶方向由所使用的硅晶片预先确定-例如，所有<100>方向。然而，单晶硅的杨氏模量在材料的所有方向上并不都是相同的，这就产生了根据运动轴线的机械性能差异。
瑞士专利申请No.699 780涉及由单晶硅晶片制成的螺旋型机械振荡器。螺旋形条带的杨氏模量的温度变化由位于硅条带内的两个非晶形层补偿，并且该硅条带的杨氏模量的热系数与硅的热系数相反。本文档并不在单晶硅晶片的平面的多个方向上以相同的方式补偿杨氏模量的温度变化。
欧洲专利No.1 422 436和No.2 215 531也涉及由单晶硅晶片制成的螺旋型机械振荡器。杨氏模量的温度变化由围绕硅条带包裹的非晶硅氧化物层补偿。在大约20℃的环境温度下，硅的杨氏模量的热系数为-64.10-6K-1，并且硅氧化物的杨氏模量的热系数为187,5.10-6K-1。
欧洲专利No.1 422 436提出通过根据条带预期应力调节条带的宽度来在平面的多个方向上补偿硅条带的杨氏模量变化。这个解决方案实施起来尤其复杂，因为它需要知道条带上预期的所有应力并相应地调整条带的形状。
欧洲专利No.2 215 531提出使用根据晶轴{1,1,1}取向的特殊硅条带来解决此问题，该特殊硅条带在平面的多个方向上具有类似的机械特性。这种具体实施需要一种非常特殊的硅，这种硅极大地约束了机械振荡器的制作过程。
因此本发明的技术问题包括：实现一种易于制造且其机械特性在平面的所有方向上都相同的单晶硅机械振荡器。此外，本发明还旨在限制机械特性随温度的变化。
发明内容
本发明通过组装两个单晶硅层来处理此技术问题，所述单晶硅层的晶格方向通过插置热补偿层来偏移。
根据第一方面，本发明涉及一种机械振荡器，该机械振荡器设置有条带，该条带具有第一硅层、热补偿层和第二硅层，第一硅层包括在平面的一个第一方向上延伸的晶格，热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成，第二硅层具有在平面的第二方向上延伸的晶格，其中第一方向和第二方向在所述层的平面内偏移45°角，并且其中热补偿层在第一硅层与第二硅层之间延伸。
出于本发明的目的，条带因此是包括若干个材料层的复合结构，而不是单片结构。
本发明因此使获得如下的一种机械振荡器成为可能：该机械振荡器的机械性能无论温度如何在平面的所有方向上都相同。单晶硅的杨氏模量在材料的多个方向上的变化通过存在偏移45°的两个相同的单晶硅层来补偿。杨氏模量的热系数随温度变化对机械特性的影响通过热补偿层而受到限制。因此，无论所考虑的平面的方向为何以及无论温度如何，条带都大体上具有基本上相同的表现。通过选择(例如)平面内(或非晶形)的各向同性热补偿层，层还具有也为各向同性的杨氏模量热系数。这个热补偿层因此均匀补偿条带刚度的变化。此外，不必在平面内提供将需要复杂制造过程的各向同性单晶网络。
根据一个具体实施，所述条带包括第三硅层和第二热补偿层，第三硅层包括在与第一硅层的方向平行的第三方向上延伸的晶格，第二热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成，其中每个热补偿层都定位在两个叠置的硅层之间，并且其中定位在其他两个硅层之间的硅层的方向相对于所述其他两个硅层的方向偏移45°角。该具体实施通过采用更多的层来限制每个热补偿层的厚度。
根据一个具体实施，所述条带包括外层，外层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成。利用在第一硅层与第二硅层之间延伸的热补偿层，使得能够限制外层的厚度。
根据一个具体实施，其材料的杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的热补偿层由硅氧化物制成。该具体实施使得能够促进机械振荡器的制造过程，因为硅氧化物通过与空气接触的或者位于氧化室中的硅获得。
根据一个具体实施，杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料与硅层的体积比取决于材料的性质。例如，对于硅氧化物，在约20℃的环境温度下，体积比介于20％与30％之间—优选地为大约26％。该具体实施使得能够有效地补偿条带的热敏性。此外，利用在第一硅层与第二硅层之间延伸的热补偿层，使得能够限制外层的厚度，从而减少了制造时间并且提高了外层质量。
根据一个具体实施，机械振荡器为螺旋弹簧，该螺旋弹簧被设计来装备由螺旋条带构成的机械发条装置组件的摇臂。本发明尤其适用于用来制造精密手表的螺旋弹簧。本发明还适用于制作其他机械振荡器或共振器—例如音叉类型的机械振荡器或共振器。
根据第二方面，本发明涉及一种用于制造上文所述的此类机械振荡器的方法。
根据一个具体实施，过程包括以下步骤：在绝缘体上硅(silicon-on-insulator)类型的第一硅晶片的硅层上沉积热补偿层；将机械振荡器的图案蚀刻到热补偿层上并且蚀刻到第一绝缘体上硅晶片的硅层上；将第二绝缘体上硅晶片密封到第一硅晶片上，其中相对于第一硅晶片旋转45°，使得第二硅晶片的一个硅层与热补偿层接触；从第一绝缘体上硅晶片移除衬底和绝缘层；使用第一硅层作为掩模来蚀刻第二硅晶片的硅层；以及从第二绝缘体上硅晶片移除衬底和绝缘层；第一绝缘体上硅晶片和第二绝缘体上硅晶片制有衬底，衬底上覆绝缘层然后上覆单晶硅层。
出于本发明的目的，短语“沉积材料层”意指过程包括通过沉积来添加材料、通过生长和转换现有层来添加材料、或者通过密封辅助层来转移辅助层。
根据一个具体实施，该方法包括以下步骤：将热补偿层的第一部分沉积到第一绝缘体上硅晶片的硅层上；将热补偿层的第二部分沉积到第二绝缘体上硅晶片的硅层上；将机械振荡器的图案蚀刻到热补偿层的第一部分上并且蚀刻到第一绝缘体上硅晶片的硅层上；将机械振荡器的图案蚀刻到热补偿层的第二部分上并且蚀刻到第二绝缘体上硅晶片的硅层上；将第二硅晶片密封到第一硅晶片上，其中相对于第一硅晶片旋转45°，使得热补偿层的两个部分接触；移除第二绝缘体上硅晶片的衬底和绝缘层；以及从第一绝缘体上硅晶片移除衬底和绝缘层；第一绝缘体上硅晶片和第二绝缘体上硅晶片由衬底构成，衬底上覆绝缘层然后上覆单晶硅层。
根据一个具体实施，过程包括以下步骤：将机械振荡器的图案蚀刻到双绝缘体上硅类型的第一硅层、第二绝缘层以及第二硅层上；以及从硅晶片移除衬底和第一绝缘层；第一双绝缘体上硅晶片由衬底构成，衬底上覆第一绝缘层、第一单晶硅层、第二绝缘层和第二单晶硅层；双绝缘体上硅晶片的第一硅层和第二硅层具有方向偏移45°角的晶格。
根据一个具体实施，过程包括以下步骤：将机械振荡器的图案蚀刻到第一双绝缘体上硅晶片的第二硅层和第二绝缘层上；将第二硅晶片密封到第一硅晶片的第二硅层上；从第一硅晶片移除衬底和第一绝缘层；将机械振荡器的图案蚀刻到第一硅晶片的第一硅层上；以及移除第二硅晶片，其中第一双绝缘体上硅晶片由衬底组成，衬底上覆第一绝缘层、第一单晶硅层、第二绝缘层，然后上覆第二单晶硅层；双绝缘体上硅晶片的第一硅层和第二硅层具有方向偏移45°角的晶格；第二硅晶片由单个硅层构成，该单个硅层可以或者可不上覆热补偿绝缘层。
根据一个具体实施，过程包括以下步骤：将热补偿层沉积到第一绝缘体上硅晶片的硅层上；将机械振荡器的图案蚀刻到热补偿层上并且蚀刻到第一硅晶片的硅层上；将第二硅晶片密封到第一硅晶片上，其中相对于第一硅晶片旋转45°，使得第二硅晶片与热补偿层接触；减薄第二硅晶片；将机械振荡器的图案蚀刻到第二硅晶片上；以及移除第一硅晶片的衬底和绝缘层；第一绝缘体上硅晶片由衬底构成，衬底上覆绝缘层然后上覆单晶硅层；第二硅晶片由单个硅层构成，该单个硅层可以或者可不上覆热补偿绝缘层。
根据一个具体实施，过程包括以下步骤：减薄绝缘体上硅晶片的衬底；将机械振荡器的图案蚀刻到硅晶片的硅层上；将结构化层沉积到硅晶片的衬底上；使用第一硅层作为掩模将机械振荡器的图案蚀刻到硅晶片的衬底和绝缘层上；以及移除硅晶片的衬底的结构化层；绝缘体上硅晶片由硅衬底构成，硅衬底上覆绝缘层然后上覆单晶硅层；硅晶片的第一硅层和硅衬底具有方向偏移45°角的晶格。
根据一个具体实施，过程包括条带氧化的附加阶段。
根据一个具体实施，至少一个硅晶片为三绝缘体上硅类型，该类型由衬底构成，衬底上覆第一绝缘层、第一单晶硅层、第二绝缘层、第二单晶硅层，然后上覆第三单晶硅层；双绝缘体上硅晶片的第一硅层和第二硅层具有方向偏移45°角的晶格。
附图说明
辅以附图，本发明的具体实施的方式以及由此得到的优点将在随后的具体实施中显而易见，在附图中，图1至图12示出如下内容：
-图1为根据本发明的第一具体实施的机械振荡器的条带的横截面图；
-图2为在<100>类型的硅晶片上晶格的轴线的各种方向的示意表示；
-图3为根据晶格的中心线的平面中的方向、图1中条带的两个硅层中的一者的机械特性的表示；
-图4为根据本发明的第二具体实施的机械振荡器的条带的横截面图；
-图5为根据本发明的第三具体实施的机械振荡器的条带的横截面图；
-图6为根据本发明的第四具体实施的机械振荡器的条带的横截面图；
-图7为根据一个第一具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图；
-图8为根据第二具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图；
-图9为根据第三具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图；
-图10为根据第四具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图；
-图11为根据第五具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图；并且
-图12为根据第六具体实施的用于图1中的条带的制造过程的示意图。
具体实施方式
图1示出了机械振荡器的条带(11)-为例如直段、螺旋体或螺旋的形式，该条带包括三个层的叠堆：第一单晶硅层(Cs1)与热补偿层(Co1)直接接触，热补偿层与第二单晶硅层(Cs2)直接接触。第一硅层(Cs1)延伸高度hs1并且延伸条带(11)的整个宽度L。第二硅层(Cs2)延伸与高度hs1基本上相同的高度hs2并且延伸条带(11)的整个宽度L。热补偿层(Co1)延伸比所述两个高度hs1和hs2小得多的高度ho1，并且延伸条带(11)的整个宽度L。
所述两个硅层(Cs1,Cs2)包括两种相同的晶格。每个硅层(Cs1,Cs2)中的每个晶格具有预定方向(Ds1,Ds2)。硅层的术语“方向”被认为意指晶格在对应硅层(Cs1,Cs2)的平面中具有最大杨氏模量的晶格方向。图1、图4、图5和图6中的阴影线提供了方向(Ds1、Ds2和Ds3)之间的偏移的示意图。然而，方向(Ds1、Ds2和Ds3)之间的偏移处于硅层(Cs1、Cs2和Cs3)的平面中，并且因此看起来与条带(11)的真实横截面图不相同。短语“晶格在一个方向上延伸”意指晶格包括在预定方向上达到最大杨氏模量的晶体结构。
图2示出了第一硅层(Cs1)的<100>类型的单晶硅网络，该第一硅层根据三个线性弹簧建模。对于<100>类型的晶格，第一硅层(Cs1)在x轴的晶体方向[-110]上以及在y轴的晶体方向[-1-10]上的机械强度大于在x1轴的晶体方向[100]和y1轴的晶体方向[010]上的机械强度。图3示出了<100>类型的晶片在恒定温度下随在<100>类型的晶格的平面中识别的力F的角方向变化的机械特性。E表示杨氏模量的变化。这个机械量值在<110>和方向上具有局部最大值，并且在<100>和<010>方向上具有局部最小值。由此可以推算，第一硅层(Cs1)的<100>型晶格的刚度在x[-110]和y1[010]方向上是不同的。这个刚度在x[-110]和y[-1-10]方向之间是相同的。
考虑到热补偿层(Co1)的厚度，条带(11)的机械特性很大程度上取决于两个硅层(Cs1,Cs2)的机械特性。如果两个硅层(Cs1,Cs2)具有相同的晶体取向以及相同的高度，使得hs1＝hs2，则条带(11)在x[-110]方向上的强度Ftot X等于两个硅层(Cs1,Cs2)的强度(F1,F2)之和。两个硅层(Cs1,Cs2)在方向x[-110]上的杨氏模量E-110相同，强度F1和F2也相同，使得：
其中ε表示扭曲系数。
条带(11)在方向x[-110]上的强度Ftot X因此为：
在单芯螺旋的情况下，x[-110]方向上的这个强度Ftot X与Y[-1-10]方向上的强度相同。
然而，条带(11)在y1[010]方向上的强度Ftot y1为：
然而，图3示出，硅层(Cs1,Cs2)在y1[010]方向上的杨氏模量E010小于硅层(Cs1,Cs2)在x[-110]方向上的杨氏模量E-110，这就导致x[-110]和y1[010]方向上的强度差。因此，条带(11)在x[-110]方向上的强度Ftot X大于条带(11)在y1[010]方向上的强度Ftot y1。条带(11)因此在y1[010]方向上的强度弱。
本发明通过使硅层(Cs1和Cs2)的方向(Ds1,Ds2)在硅层(Cs1,Cs2)的平面中偏移45°角，来补偿这种强度差。因此，给定方向上的杨氏模量在两个层(Cs1和Cs2)之间是不同的。例如，在y1[010]方向上，第一硅层(Cs1)的杨氏模量E-110不同于第二硅层(Cs2)的杨氏模量E010。条带(11)在方向x[-110]上的强度Ftot X因此为：
条带(11)在y1[010]方向上的强度Ftot y1为：
考虑到E1-10等于E-110，强度在两个方向x[-110]和y1[010]上相同。图1中条带(11)的结构因此在晶格的所有方向x、y和y1上都提供相同的机械特性。
热补偿层Co1由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料构成，使得硅层(Cs1,Cs2)的机械强度随温度的变化至少部分地被热补偿层(Co1)补偿。热补偿层(Co1)优选地由硅氧化物制成。在大约20℃的环境温度下，硅的杨氏模量的热系数为-64.10-6K-1，而硅氧化物的杨氏模量的热系数为187,5.10-6K-1。因此，为了(至少部分地)补偿硅层(Cs1,Cs2)的机械强度随温度的变化，热补偿层(Co1)与硅层(Cs1,Cs2)之间的体积比在大约20℃的环境温度下为至少20％。在图1中，ho1.L截面的表面积因此为截面L.hs1和L.hs2的表面积的至少20％。
图4示出了条带(11)包括由两个热补偿层(Co1,Co2)分隔的三个硅层(Cs1,Cs2,Cs3)的本发明的变型形式。第一硅层(Cs1)和第三硅层(Cs3)具有在相同方向(Ds1,Ds3)上取向的晶格。定位在第一硅层(Cs1)和第三硅层(Cs3)之间的第二硅层Cs2包括其方向(Ds2)相对于方向(Ds1,Ds3)偏移45°角的晶格。为了在晶格的所有方向(x、y和y1)上都获得相同的机械特性，第二硅层(Cs2)的高度hs2必须等于其他两个硅层(Cs1,Cs3)的高度hs1和hs3之和。为了(至少部分地)补偿温度变化，在硅氧化物的情况下，高度ho1和h02之和必须为高度hs1、hs2和hs3之和的至少20％。
图5和图6示出了热补偿层还围绕图1和图4的条带(11)定位的变型形式。该具体实施使得能够限制定位在硅层(Cs1,Cs2)之间的热补偿层(Co1)的厚度。例如，在图5的情况下，热补偿层的表面积包括以下面积：
-Ho1.L，条带(11)上方的外层(Coe)的面积；
-Lo1.H，条带(11)左侧的外层(Coe)的面积；
-Lo2.H，条带(11)右侧的外层(Coe)的面积；
-Ho3.L，条带(11)下方的外层(Coe)的面积，以及
-Ho2.L，硅层(Cs1,Cs2)之间的层(Co1)的面积。
在硅氧化物的情况下，这些表面积之和也必须等于硅层(Cs1,Cs2)的表面hs1.Ls和hs2.Ls之和的至少20％，以补偿温度变化。因此，热补偿层的厚度-即内层(Co1)和外层(Coe)-小于图1中的具体实施。图6示出了相同的具体实施，其中条带包括如图4所示的三个硅层(Cs1、Cs2和Cs3)。
图7至图12示出了图1中条带(11)的制造过程。图7中的过程在绝缘体SOI上使用硅类型的两个硅晶片。每个绝缘体上硅(SOI)晶片包括衬底(Su1,Su2)，衬底上覆绝缘层(C1,Ci2)然后上覆单晶硅层(Cs1,Cs2)。衬底(Su1,Su2)可由硅制成。在第一步骤(21)中，将热补偿层(Co1)沉积在第一SOI晶片的硅层(Cs1)上。在第二步骤(22)中，将机械振荡器的图案蚀刻在热补偿层(Co1)上以及硅层(Cs1)上。在第三步骤(23)中，将第二晶片的硅层(Cs2)密封到热补偿层(Co1)上。在该密封步骤(23)之前，将第二晶片相对于第一晶片偏移45°角，使得晶格的方向(Ds1,Ds2)也偏移45°角。在一个步骤(24)中，将组件翻转，并且移除第一晶片的衬底(Su1)和绝缘层(C1)。在一个步骤(25)中，使用第一硅层作为蚀刻掩模为第二晶片的硅层(Cs2)蚀刻机械振荡器的图案。该蚀刻可通过深反应离子蚀刻技术(也称为DRIE，即“深反应离子蚀刻”)来执行。然后在步骤(26)中移除第二硅晶片的衬底(Su2)和绝缘层(Ci2)，以释放机械振荡器。
图8示出了也使用两个SOI晶片的实施过程。在步骤(32和33)中，将热补偿层(Co1)的两个部分(Cop1,Cop2)分别沉积在两个SOI晶片的每个硅层(Cs1,Cs2)上。在步骤(34和35)中，然后将振荡器的图案蚀刻到热补偿层(Co1)的两个部分(Cop1和Cop2)上，并且蚀刻到两个晶片的两个硅层(Cs1,Cs2)上。在步骤(36)中，然后密封所述两个部分(Cop1,Cop2)，其中晶片之间偏移45°，以便形成完整的热补偿层(Co1)。步骤(37,38)包括移除两个衬底(Su1,Su2)以及两个绝缘层(Ci1,Ci2)，以释放机械振荡器。
图9示出了使用单个双SOI晶片的实施过程。双SOI晶片由衬底(Su1)组成，衬底上覆第一绝缘层(C1)、第一单晶硅层(Si1)、第二绝缘层(Ci2)，然后上覆第二单晶硅层(Si2)。第二绝缘层(Ci2)因此履行条带(11)的热补偿层(Co1)的功能。第一硅层(Cs1)和第二硅层(Cs2)包括方向偏移45°角的晶格。第一步骤(41)包括将机械振荡器的图案蚀刻到第一硅层(Cs1)、第二绝缘层(Ci2)和第二硅层(Cs2)上。第二步骤(42)包括移除衬底(Su1)和第一绝缘层(Ci1)，以释放机械振荡器。
图10示出了图9的过程的变型形式，该变型形式使用双SOI晶片。第一步骤(51)包括将机械振荡器的图案蚀刻到第二硅层(Cs2)和第二绝缘层(Ci2)上。在第二步骤(52)中，将硅晶片(Si2)密封到第二硅层(Cs2)上。该硅晶片(Si2)为仅用作结构的介质的牺牲层，并且它在后续步骤中消除。在步骤(53)中，将组件翻转，并且移除第一晶片的衬底(Su1)和第一绝缘层(Ci1)。在步骤(54)中，将机械振荡器的图案蚀刻在第一硅层(Cs1)上，并且在步骤(55)中，移除硅晶片(Si2)，以释放机械振荡器。当条带(11)太厚，并且蚀刻步骤(41)不能够使第一硅层(Cs1)被正确蚀刻时，可以实施图9中的过程的这种变型形式。
图11示出了使用SOI晶片和硅晶片(Si2)的实施过程。在第一步骤(61)中，将热补偿层(Co1)沉积在第一SOI晶片的硅层(Cs1)上。在第二步骤(62)中，将机械振荡器的图案蚀刻到热补偿层(Co1)上并且蚀刻到硅层(Cs1)上。然后在步骤(63)中，以45°偏移将硅晶片(Si2)密封到热补偿层(Co1)上。步骤(64)包括减薄硅晶片(Si2)直到达到图1的条带(11)的第二硅层(Cs2)所需的高度hs2。在步骤(65)中，将机械振荡器的图案蚀刻在由硅晶片(Si2)形成的第二硅层(Cs2)上，并且在步骤(66)中，移除衬底(Su1)和绝缘层(Ci1)，以释放机械振荡器。
图12示出了使用SOI类型的单个晶片的实施过程，其中衬底(Su1)由硅制成并且形成图1的第二硅层(Cs2)。热补偿层(Co1)由绝缘层(Ci1)形成，该绝缘层优选地由硅氧化物制成。第一步骤(71)包括减薄衬底(Su1)直到达到图1的条带(11)的第二硅层(Cs2)的所需高度hs2。在步骤(72)中，将机械振荡器的图案蚀刻在硅层(Cs1)上。然后在步骤(73)中，将结构化层(Cst)沉积在减薄的衬底(Su1)上以加强结构，并且然后在步骤(74)中，将机械振荡器的图案蚀刻到绝缘体(Ci1)和衬底(Su1)层上。在步骤(75)中，移除结构化层(Cst)，以释放机械振荡器。
可以调整这些过程的变型形式以实施图4至图6的其中一种变型。例如，可在硅氧化室中制造外热补偿层(Coe)，从而围绕条带(11)形成硅氧化物层。例如可通过以下方式制造第二热补偿层(Co2)和第三硅层(Cs3)：密封绝缘体上硅类型的第三晶片，并且执行对应的附加蚀刻步骤。
本发明因此使得能够在不增大条带尺寸的情况下，以及在不于平面中使用各向同性硅层的情况下，获得在平面内刚度为各向同性并且不受温度影响的机械振荡器。

Claims (15)

1.一种机械振荡器，所述机械振荡器具有条带(11)，其中所述条带(11)包括：
-第一硅层(Cs1)，所述第一硅层具有沿着平面的第一方向(Ds1)延伸的晶格；以及
-热补偿层(Co1)，所述热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成；
其特征在于，所述条带(11)还包括第二硅层(Cs2)，所述第二硅层具有沿着所述平面的第二方向(Ds2)延伸的晶格；
-所述第一方向(Ds1)和所述第二方向(Ds2)在所述层的所述平面内偏移45°角；并且
-所述热补偿层(Co1)在所述第一硅层(Cs1)与所述第二硅层(Cs2)之间延伸。
2.根据权利要求1所述的机械振荡器，其特征在于，所述条带(11)包括：
-第三硅层(Cs3)，所述第三硅层包括在与所述第一硅层的所述方向(Ds1)平行的第三方向(Ds3)上延伸的晶格；以及
-第二热补偿层(Co2)，所述第二热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成；
-其中每个热补偿层(Co1,Co2)都定位在两个叠置的硅层(Cs1,Cs2,Cs3)之间；
-其中定位在其他两个硅层(Cs1,Cs3)之间的所述第二硅层(Cs2)的所述方向相对于所述其他两个硅层(Cs1,Cs3)的所述方向偏移45°角。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的机械振荡器，其特征在于，所述条带(11)包括外热补偿层(Coe)，所述外热补偿层由杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的材料制成。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的机械振荡器，其特征在于，所述材料的杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的所述热补偿层(Co1,Co2,Coe)以硅氧化物(SiO2)制造。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的机械振荡器，其特征在于，在大约20℃的环境温度下，杨氏模量热系数的符号与硅的杨氏模量热系数的符号相反的所述材料与所述硅层(Cs1,Cs2,Cs3)之间的体积比介于20％与30％之间—优选地为大约26％。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的机械振荡器，其特征在于，所述机械振荡器为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧被设计来装备机械发条装置组件的摇臂并且由螺旋条带(11)形成。
7.用于制造根据权利要求1至6中的一项所述的机械振荡器的方法，其特征在于，所述方法包括：
-将所述机械振荡器的图案蚀刻到所述第一硅层(Cs1)上并且蚀刻到所述热补偿层(Co1)和所述第二硅层(Cs2)上。
8.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-将热补偿层(Co1)沉积(21)在第一绝缘体上硅(SOI)晶片的第一硅层(Cs1)上；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(22)到所述热补偿层(Co1)上并且蚀刻到所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片的所述第一硅层(Cs1)上；
-将第二绝缘体上硅(SOI)晶片密封(23)到所述第一硅晶片上，其中相对于所述第一硅晶片旋转45°，使得所述第二硅晶片的第二硅层(Cs2)与所述热补偿层(Co1)接触；
-移除(24)所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片的衬底(Su1)和绝缘层(Ci1)；
-使用所述第一硅层(Cs1)作为掩模蚀刻(25)所述第二硅晶片的所述第二硅层(Cs2)；以及
-移除(26)所述第二绝缘体上硅(SOI)晶片的衬底(Su2)和绝缘层(Ci2)；
-所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片和所述第二绝缘体上硅(SOI)晶片由衬底(Su1,Su2)组成，所述衬底上覆绝缘层(Ci1,Ci2)然后上覆上述第一单晶硅层(Cs1)或第二单晶硅层(Cs2)中的一者。
9.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-将热补偿层(Co1)的第一部分(Cop1)沉积(32)到第一绝缘体上硅(SOI)晶片的第一硅层(Cs1)上；
-将所述热补偿层(Co1)的第二部分(Cop2)沉积(33)到第二绝缘体上硅(SOI)晶片的第二硅层(Cs2)上；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(34)到所述热补偿层(Co1)的所述第一部分(Cop1)上并且蚀刻到所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片的所述第一硅层(Cs1)上；
-将所述机械振荡器图案蚀刻到所述热补偿层(Co1)的所述第二部分(Cop2)上并且蚀刻到所述第二绝缘体上硅(SOI)晶片的所述第二硅层(Cs2)上；
-将所述第二硅晶片密封(36)到所述第一硅晶片上，其中相对于所述第一硅晶片旋转45°，使得所述热补偿层(Co1)的所述两个部分(Cop1,Cop2)接触；
-移除(37)所述第二绝缘体上硅(SOI)晶片的衬底(Su2)和绝缘层(Ci2)；以及
-移除(38)所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片的衬底(Su1)和绝缘层(Ci1)；
-所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片和所述第二绝缘体上硅(SOI)晶片由衬底(Su1,Su2)组成，所述衬底上覆绝缘层(Ci1,Ci2)然后上覆上述第一单晶硅层(Cs1)或第二单晶硅层(Cs2)中的一者。
10.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(41)到双绝缘体上硅(双SOI)类型的硅晶片的第一硅层(Cs1)、第二绝缘层(C2)以及第二硅层(Cs2)上；以及
-移除(42)所述硅晶片的衬底(Su1)和第一绝缘层(Ci1)；
-其中所述第一绝缘体上硅(双SOI)晶片由衬底(Su1)组成，所述衬底上覆第一绝缘层(C1)、第二绝缘层(Ci2)的第一单晶硅层(Cs1)，然后上覆第二单晶硅层(Cs2)，其中所述双绝缘体上硅(双SOI)晶片的所述第一硅层(Cs1)和所述第二硅层(Cs2)包括方向偏移45°角的晶格。
11.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(51)到第一双绝缘体上硅(双SOI)晶片的第二硅层(Cs2)和第二绝缘层(Ci2)上；
-将第二硅晶片(Si2)密封(52)到所述第一硅晶片的所述第二硅层(Cs2)上；
-移除(53)所述第一硅晶片的衬底(Su1)和第一绝缘层(Ci1)；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(54)到所述第一硅晶片的第一硅层(Cs1)上；以及
-移除(55)所述第二硅晶片(Si2)；
-其中所述第一双绝缘体上硅(双SOI)晶片由衬底(Su1)组成，所述衬底上覆第一绝缘层(C1)、第一单晶硅层(Cs1)、第二绝缘层(Ci2)，然后上覆第二单晶硅层(Cs2)，其中所述双绝缘体上硅(双SOI)晶片的所述第一硅层(Cs1)和所述第二硅层(Cs2)包括方向偏移45°角的晶格；
-其中所述第二硅晶片(Si2)由单个硅层构成，所述单个硅层可以或者可不上覆绝缘层。
12.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-将热补偿层(Co1)沉积(61)在第一绝缘体上硅(SOI)晶片的硅层(Cs1)上；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(62)到所述热补偿层(Co1)上并且蚀刻到所述第一硅晶片的所述硅层(Cs1)上；
-将包括上述第二硅层(Cs2)的第二硅晶片(Si2)密封(63)到所述第一硅晶片上，其中相对于所述第一硅晶片旋转45°，使得所述第二硅晶片(Si2)与所述热补偿层(Co1)接触；
-减薄(64)所述第二硅晶片(Si2)；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(65)到所述第二硅晶片(Si2)上；以及
-移除(66)所述第一硅晶片的衬底(Su1)和绝缘层(Ci1)；
-其中所述第一绝缘体上硅(SOI)晶片由衬底(Su1)构成，所述衬底上覆绝缘层(Ci1)然后上覆单晶硅层(Cs1)；
-其中所述第二硅晶片(Si2)由单个硅层构成，所述单个硅层可以或者可不上覆绝缘层。
13.用于制造根据权利要求7所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括以下步骤：
-减薄(71)形成绝缘体上硅(SOI)晶片的上述第二硅层(Cs2)的衬底(Su1)；
-将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(72)到所述硅晶片的硅层(Cs1)上；
-将结构化层(Cst)沉积(73)到所述硅晶片的所述衬底(Su1)上；
-使用所述第一硅层作为掩模将所述机械振荡器的所述图案蚀刻(74)到所述硅晶片的衬底(Su1)和绝缘层(Ci1)上；以及
-移除(75)所述硅晶片的所述衬底(Su1)的所述结构化层(Cst)；
-其中所述绝缘体上硅(SOI)晶片由硅衬底(Su1)组成，所述硅衬底上覆绝缘层(Ci1)然后上覆单晶硅层(Cs1)，其中所述绝缘体上硅(SOI)晶片的所述第一硅层(Cs1)和所述硅衬底(Su1)具有方向偏移45°角的晶格。
14.用于制造根据权利要求8至13中的一项所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括条带氧化的附加步骤。
15.用于制造根据权利要求8至14中的一项所述的机械振荡器的过程，其特征在于，所述过程包括附加步骤，所述附加步骤包括附加第二热补偿层(Co2)和第三硅层(Cs3)。
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