CN112469660A - 微机械构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于微机械系统的构件(16)和用于制造构件的方法。构件具有上侧和与上侧相对置的下侧且包括：至少一个第一结构元件，第一结构元件设置在构件(16)的第一区域内并且由至少一个第一间隙(19)界定；以及至少一个第二结构元件，第二结构元件设置在构件(16)的与第一区域(21)不同的第二区域(22)中并且由至少一个第二间隙(20)界定。第一区域(21)通过构件(16)的下侧中的第一凹部(6)限定，其中构件(16)在第一区域(21)中的第一厚度(C)相对于构件(16)在第二区域(22)中的第二厚度(B)减小。至少一个第二间隙(20)的第二最小间隙宽度大于至少一个第一间隙(19)的第一最小间隙宽度。

Description

微机械构件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于微机电系统(MEMS)的微机械构件以及一种用于制造所述微机械构件的方法。

背景技术

MEMS(微机电系统)、例如作为传感器或致动器的可运动的弹簧-质量系统目前利用不同的技术手段使用硅技术来制造。通常这种制造这里以对晶片的批处理工艺进行。在制造静电或电容工作原理的MEMS系统时，当前主要有表面技术或近表面技术(例如SiO₂牺牲层上的多晶硅层、SOI技术、空腔SOI技术、SCREAM技术等等)。这些技术的共同之处在于，由硅层制成并且具有在10μm与75μm之间的常见厚度的微机械元件通过利用各向异性的干蚀刻来蚀刻间隙而结构化。

为了制造所述结构，纵横比(间隙深度与间隙宽度的比值)是一个重要参数。电容结构的间隙的高纵横比(HAR)使得对于传感器能实现高灵敏度以及对于致动器实现更好的力输入。大结构高度一方面关于所述弹簧实现了高纵横比，并且由此实现较小的横向灵敏度(抑制了不希望的运动模式)，以及另一方面使得可以实现较大的质量以及由此较低的噪声。对于高灵敏度的MEMS由此希望实现大结构高度以及HAR。

但间隙利用蚀刻技术上可实现的纵横比不能任意地提高。所述纵横比受到蚀刻介质能够以怎样的速度进入狭窄的间隙以及反应产物能够以怎样的速度从所述间隙中输出的限制。因此，已知纵横比相关的蚀刻(“ARDE”-英文：aspect ration dependent etching)现象，就是说，与较宽的间隙相比，在相同的时间内，狭窄的间隙达到的蚀刻深度更小。反应和所形成的蚀刻轮廓受到很多参数影响，尤其是也受到间隙长度的影响。通常，基本工艺供应商提供的纵横比在10:1至30:1的范围内，常见的利用蚀刻技术实现的间隙宽度在2至3μm的范围内。进一步提高纵横比只能在蚀刻工艺得到明显改进时才能实现。

发明内容

本发明的目的是，至少部分的规避由现有技术出现的所述问题并且提出一种具有大纵横比的高性能构件以及一种快速和经济的用于制造这种构件的方法。这里例如应能够通过蚀刻制造例如具有高纵横比的狭窄间隙并且同时对于要制造的结构在结构高度、结构宽度以及间隙宽度方面实现高度的灵活性。

所述目的通过具有独立权利要求1的特征的构件以及通过具有权利要求18的特征的方法来实现。有利的实施形式由从属权利要求以及由说明书或附图得出。

所提出的用于微机械系统的构件具有上侧和与上侧相对置的下侧。在所述构件的第一区域中设置至少一个第一结构元件，所述第一结构元件由至少一个第一间隙界定。在所述构件的与所述第一区域不同的第二区域中设置至少一个第二结构元件，所述第二结构元件由至少一个第二间隙界定。这里，通过所述构件的下侧中的第一凹部限定所述第一区域。构件在第一区域中的第一厚度由于所述凹部相对于构件在第二区域中的第二厚度减小。所述至少一个第一间隙在第一区域中从上侧延伸到下侧并结束于第一凹部中。第一间隙的间隙深度具有由此通过构件在所述第一区域中的第一厚度限定。类似地，所述至少一个第二间隙在第二区域中从上侧延伸到下侧并结束于第一凹部之外。所述第二间隙的第二间隙深度通过构件在所述第二区域中的第二厚度限定并且由此大于所述第一间隙深度。所述至少一个第二间隙的第二最小间隙宽度这里大于所述至少一个第一间隙的第一最小间隙宽度。

可以配设给所述构件的坐标系可以设计成，使得第一和第二厚度沿z方向延伸并且构件的横向尺寸以及间隙宽度和第一和第二结构的结构宽度沿x和/或y方向延伸。

通过这样的构件，例如可以在第一区域中通过第一结构元件提供第一电极，所述第一电极的灵敏度和性能根据电容器的原理主要通过所述可以构成电极元件的结构元件的面积和其相互间的距离确定。在初始状态下，所述距离通过间隙宽度给定。间隙宽度的变化通过能振动的布置结构来实现，这带来了电容的可探测到的变化。

在第二区域中，可以为了使所述构件的能振动的部段相互脱离耦合而提供第二间隙。在所述第二区域中，例如提供构造成弹簧的第二结构元件，所述第二结构元件使得能够进行振动。

如果对于第一区域中的电极希望有高灵敏度，则应保持这个区域内蚀刻的间隙尽可能窄，而同时电极元件或第一结构元件的通过结构厚度和结构长度(例如对应于间隙长度)的乘积得出的面积应最大化。就是说，在间隙长度固定时，例如对于第一区域中的电极元件希望有高纵横比(结构厚度与间隙宽度的比)。

在第二区域中，也可能希望有较大的间隙尺寸，以便实现弹簧元件希望的功能或使得能够实现具有确定幅值的偏移。

与不同的希望的间隙宽度相结合，特别是在进一步减小宽度以提高电容灵敏度时，前面提及的与纵横比相关的蚀刻(ARDE)的效应会成为问题。这个问题通过所提出的构件来规避，如下面说明的那样。

在所提出的构件中，结构在第一区域中的厚度通过凹部从背面出发降低。这乍看起来是不利的，因为电极的电容面积以及由此还有灵敏度会随着结构的厚度减小。但也已经证实的是，随着结构厚度减小发生的电容灵敏度的降低仅线性地影响灵敏度，而由于间隙宽度降低实现的电容灵敏度的提高则是二次方地变化。就是说，结构厚度的减小可以通过间隙宽度的降低得到补偿或过补偿，从而尽管结构厚度较小仍提高了结构的灵敏度。

发明人因此提出了厚度变化和间隙宽度的这种构成方案以及一种相应的微机械结构化方案，其中有目的地利用ARDE效应，以便降低电容探测元件的区域的结构厚度并由此实现最小的间隙间距并提高电容灵敏度，这里，还应向相同的构件中引入另外的较宽的间隙，如在所述提出的构件中在第二区域中引入。

具有小于所述至少一个第二间隙的间隙宽度的所述至少一个第一间隙也具有小于所述至少一个第二间隙的间隙深度，由此实现的是，减少了为了蚀刻所述至少一个第一间隙所需的时间。与将不同深度的间隙设置在具有恒定厚度的坯料中的结构不同，这里可以实现的是，用于较窄和较宽的间隙的蚀刻过程可以同时或大致同时执行或结束。

在所提出的构件中，所述至少一个第一间隙的第一最大纵横比通过第一间隙深度与第一最小间隙宽度限定，并且相应地所述第二间隙的第二最大纵横比通过第二间隙深度与第二最小间隙宽度限定。第一最大纵横比在所述构件可能的实施形式中等于或基本上等于第二最大纵横比。由此对于所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙可以实现使制造方法具有相同或大致相同的蚀刻时长。

这里基本上等于可以例如是指，偏差不大于10％、优选不大于5％。

在可能的实施形式中，也可以存在多于两个不同厚度的区域，在这些区域中引入间隙，例如存在三个或四个具有间隙的不同厚度的区域。这些区域可以附加于可能更厚的多数不具有间隙的固定或框架区域存在。此时，在具有最小厚度的区域内，例如对于定位在这里的间隙存在最窄的最小间隙宽度，在具有第二小厚度的区域中存在第二窄的最小间隙宽度，以此类推。

所述至少一个第一结构元件可以至少在两个至少局部相互平行延伸的、相对置的侧面上由所述至少一个第一间隙界定。备选地或附加地，所述至少一个第二结构元件可以至少在两个至少局部相互平行延伸的、相对置的侧面上由所述至少一个第二间隙界定。在这些实施形式中，这样构成的所述至少一个第一结构元件或这样构成的所述至少一个第二结构元件至少局部地设计成平直或弯曲的板。

第一和第二间隙中的一些间隙可以例如沿x方向延伸并通过另外的较短的沿y方向延伸的第一间隙相互连接。两个相邻的、沿x方向延伸的第一或第二间隙例如利用在间隙端部引入的、沿y方向延伸的、构造成横向间隙的第一或第二间隙相互连接。例如相邻的、沿x方向延伸的第一或第二间隙在交替的间隙端部处相互连接，以便实现蛇形的结构。

所提出的构件可以包括框架和能相对于框架振动的质量布置系统。所述至少一个第二结构元件此时可以包括弹性的弹簧，所述弹簧将所述框架和质量布置系统相互连接，使得所述框架和质量布置系统在弹簧发生变形的情况下可以相对于彼此振动。但所述框架和质量布置系统也可以完全相互分离并且分别例如与一个基体连接。此时，所述框架例如固定地与基体连接，而所述质量利用所谓的锚定件与基体连接。

通过所述不同类型的可振动性，例如可以通过构件的加速度使所述框架和质量布置系统相对于彼此运动。

所提出的构件可以包括一个或多个锚定结构，这些锚定结构可以相对于所述框架固定地设置或能固定地设置。例如所述锚定结构或各所述锚定结构能够固定在基体上，通常所述框架也能够与所述基体连接或能固定在基体上，从而所述框架和锚定结构相对于彼此固定。为此，所述锚定结构至少局部地具有与框架相同的厚度并沿延伸到希望存在电极的第一和/或第二区域中。

此时，可以在所述锚定结构上可以固定构造成电极的结构元件的一些电极元件，而构造成电极的结构元件的应相对于与锚定结构连接的电极元件能运动的其他电极元件或其余电极元件与所述质量布置系统连接。这样，不同地固定的电极元件能相对于彼此振动，从而它们之间的间隙间距改变。这对于第一区域中的结构元件是可以实现的，其方式是，所述至少一个第一间隙在所述质量布置系统和框架之间延伸或在所述质量布置系统与锚定结构之间延伸。构件的位于质量布置系统与框架或锚定结构之间的部段此时可以通过所述间隙分离成两个能相对于彼此振动的区域。通过所述至少一个第一间隙界定的所述至少一个第一结构元件此时可以包括多个第一电极元件，在这些第一电极元件中，至少一个电极元件与框架或锚定结构连接，至少一个另外的电极元件与质量布置系统连接。第一电极的这些不同地固定的电极元件可以相互嵌接并且可以是能相对于彼此运动的。当所述框架与质量布置系统相对于彼此运动时，通过电极或其电极元件的这种布置形式，可以实现第一电极之间的结构元件距离的上述变化。

如果在第二区域中同样或备选地希望存在电极，则例如可以存在另外的锚定结构或者一个锚定结构可以延伸到第一和第二区域中。第二间隙此时类似于上面结合第一间隙描述的设计方案在第二区域中在锚定结构和质量布置系统之间延伸并使第二电极不同地固定的、相互嵌接的电极元件相互分开。

所述至少一个第二结构元件可以备选或附加于所述弹簧包括第二电极。此外所述至少一个第二结构元件可以备选于或附加于所述弹簧和/或所述第二电极包括阻尼元件，所述阻尼元件可以如第二电极元件那样构成并且例如具有比可能第二电极更大大的间隙间距。

所述至少一个第一结构元件的最小结构宽度可以小于所述至少一个第二结构元件的最小结构宽度。

结构元件之间的所述至少一个第一间隙的最小间隙宽度可以例如至少为0.1μm、优选至少为0.3μm，和/或最高为3μm、优选最高为1.5μm。备选或附加地，结构元件之间的所述至少一个第二间隙的最小间隙宽度可以例如至少为0.5μm和/或最高为4μm。

所述第一厚度可以例如至少为5μm。此外，所述第一厚度例如可以最高为100μm、优选最高为60μm。所述第一厚度备选或附加地可以为第二厚度的至少15％、优选至少25％，但同时例如至少为5μm。所述第一厚度也可以为第二厚度的最高90％、优选最高85％。就是说，第二厚度在这个示例性实施形式中可以为100μm，而第一厚度可以在25μm与80μm之间。

所述至少一个第一间隙的第一最大纵横比和/或所述至少一个第二间隙的最大纵横比可以分别例如为10:1或更大、优选为20:1或更大、特别优选为25:1或更大。

各结构元件的高度沿z方向延伸并且多数由构件在相应结构元件所处的区域中的厚度得出。一个或多个所述至少一个结构元件和/或所述至少一个第二结构元件的高度可以从上侧出发和/或从下侧出发相对于结构元件所处的相应区域的厚度减小，从而这种高度减小的第一结构元件的高度不是对应于第一高度或厚度，和/或高度减小的第二结构元件的高度不是对应于第二高度或厚度。这样，例如可以影响第一和第二区域中的电极的灵敏度或者弹簧的柔度。

所提出的构件例如可以由硅、例如单晶硅制成。

构件垂直于构件的厚度延伸的横向尺寸例如可以在0.5mm与15mm之间。第一凹部的横向尺寸例如可以在100μm与2000μm之间。结构元件(弹簧、板、阻尼器、质量)的横向尺寸例如可以在1μm与2000μm之间。

除了第一凹部，在所述构件中，还可以在构件的背面中存在第二凹部。所述第二区域此时可以通过第二凹部限定，这里，由此在第二凹部的区域内存在的第二厚度小于由与第一和第二区域不同的第三区域的第三厚度。所述第三区域优选由框架和/或所述锚定结构或各所述锚定结构包含。就是说，所述框架和/或锚定结构可以具有这样的区域，所述区域具有第三厚度并且由此与第一和第二区域相比具有最大的厚度。这些区域例如适于将所述构件固定在上面提及的基体上。

本申请所涉及的微机械系统或MEMS包括所提出的构件和用于固定所述微机械构件的基体。

在这种微机械系统中，构件可以固定在构造成底部基体的基体上，为了固定所述微机械构件，构件的框架和/或所述锚定结构或各所述锚定结构在下侧上与底部基体连接。如果存在第二凹部，则例如第三区域、即构件的具有第三厚度的所有部段与底部基体连接。如果没有设置第二凹部，则例如第二区域的构成框架和/或锚定结构的各部段可以与底部基体连接。在这种情况下有利的是，底部基体具有空腔，以便确保构件的活动的结构、如质量布置系统或电极的可运动性，并且可以防止这些结构与底部基体接触。

此外，所述构件还在上侧上由构造成顶部基体的基体覆盖。所述顶部基体多数具有空腔，以便构件的活动的结构、如质量布置系统或电极的可运动性，并且可以防止这些结构与顶部基体接触。这通常是必要的，因为构件的上侧多数情况下没有设置具有这个效果的凹部。

在所述系统中，所述基体例如可以由硅、优选由单晶硅和/或由玻璃材料或陶瓷材料制成。如果所述基体由玻璃材料或陶瓷材料制成，则可以使其在热性能上与硅相适配，以便例如避免在构件中出现由于热产生的应力。

本申请还涉及一种用于制造微机械构件的方法。所述方法这里特别是适于制造上面所述的微机械构件。

这里，所述方法包括确定的步骤，这些步骤不必强制性地按所说明的顺序执行，相反，在一些情况下也可以以相反的顺序执行或者同时执行。

在所述方法的一个步骤中，向坯料的下侧中引入第一凹部，从而所述坯料在通过第一凹部限定的第一区域中具有沿z方向延伸的第一厚度，所述第一厚度小于与第一区域不同的第二区域中的沿z方向延伸的第二厚度。

在所述第一区域中蚀刻出第一间隙，以便形成至少一个通过所述至少一个第一间隙界定的结构元件。在第二区域中蚀刻出第二间隙，以便在这里形成至少一个通过所述至少一个第二间隙界定的第二结构元件。蚀刻所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙这里特别是可以同时进行。所述蚀刻分别沿z方向进行，从而所述至少一个第一间隙具有通过第一厚度限定的第一间隙深度，所述第一间隙深度小于所述至少一个第二间隙通过第二区域中的第二厚度限定的第二间隙深度。此外，所述至少一个第一间隙垂直于z方向的第一最小间隙宽度小于所述至少一个第二间隙的第二最小间隙宽度。

具有小于所述至少一个第二间隙的间隙宽度的所述至少一个第一间隙也具有小于所述至少一个第二间隙的间隙深度，由此实现了，为了蚀刻所述至少一个第一间隙所需的时间缩短。

所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙可以同时蚀刻。

与在具有恒定厚度的坯料中设置不同宽度和深度的间隙的结构不同，这里可以实现的是，用于较窄和较宽的间隙的蚀刻过程可以同时或大致同时结束。其原因在于与纵横比相关的蚀刻，由此，与较宽的间隙相比，对于较窄的间隙蚀刻过程进行得较为缓慢。

在这里所介绍的方法中，如上所述，所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙的蚀刻优选同时进行。这里可能希望的是，相应的蚀刻过程同时开始并且同时或大致同时结束。为此，所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙通过几个掩模(没有附加的调整容差)预先规定并且在唯一的步骤中蚀刻。通过这种单阶段的蚀刻过程可以优化制造时间。在根据现有技术的方法中出现这样的问题，即，与较窄的间隙相比，较宽的间隙会提早地一直穿透到下侧，这会导致间隙的损坏或位于其下的材料的损坏。由此，这里示出的实施形式避免了出现这种损坏并且特别是即使对于变化的间隙宽度也使得可以实现单阶段的蚀刻过程。

所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙可以从背向下侧的上侧出发沿z方向朝下侧进行蚀刻。就是说，所述间隙此时从通常光滑地构成的上侧朝具有第一凹部的下侧进行蚀刻，从而第一间隙在第一凹部的内部结束。

在所述方法的一个步骤中，可以将掩模、优选是抗蚀剂掩模和/或硬掩模施加到坯料的上侧上。通过所述掩模可以对于所述至少一个第一间隙和所述至少一个第二间隙预先规定在垂直于z方向的平面中的几何尺寸。就是说，例如预先规定沿x方向和y方向第一和第二间隙宽度和第一和第二结构宽度。

例如当在其中蚀刻出所述间隙的坯料由硅或单晶硅制成或者包含硅或单晶硅时，对所述间隙的蚀刻可以以干蚀刻工艺进行。

在所提出的方法中，可以设置用于引入第二凹部的步骤，所述步骤在引入第一凹部的步骤之前进行。所述第二凹部与第一凹部一样优选通过蚀刻引入坯料的下侧。在一些实施形式中，向下侧中蚀刻第一凹部，然后在第二凹部的内部蚀刻第一凹部，以便在这里进一步减小厚度，从而这些凹部相互嵌套并且由可以通过第二凹部限定的第二区域包围通过第一凹部限定的第一区域。此外，还可以在第二凹部之外定义一个第三区域，在这三个区域中，所述第三区域具有最大的厚度。

在所介绍的方法中，在引入第一凹部之后的步骤中或在引入第一凹部和第二凹部之后的步骤中，可以至少局部地向坯料的下侧上施加保护层、例如构造成氧化物层的保护层。就是说，此时，所述保护层例如覆盖第一和可能的第二凹部。例如所述保护层特别是可以涂覆或覆盖第一和/或第二间隙在其中结束的区域。

在所述方法的一些可能的步骤中，可以从上侧出发和/或从下侧出发降低一个或多个所述第一结构元件和/或所述第二结构元件，即一个或多个所述第一和/或所述第二电极元件和/或一个或多个所述弹簧的高度。这例如可以在使用一个掩模的情况下，或者在一些情况下在使用具有多个掩模层的多级的、例如两级的掩模的情况下在蚀刻过程中进行。两级的掩模例如可以包括一个硬掩模层和一个抗蚀剂掩模层。

从下侧出发减小一个或多个电极元件的高度可以与借助于设置在坯料或构件下侧上的掩模引入第一空腔同时地进行。

可以使用两级的掩模实现从上侧出发减小一个或多个所述电极元件的高度。两级的掩模可以包括一个硬掩模层和一个例如设置在硬掩模层上的抗蚀剂掩模层。在第一步骤或分步骤中，可以完整地蚀刻出由上面的掩模层、就是说通常是抗蚀剂掩模层预先规定的间隙，或者仅对所述间隙进行预蚀刻，就是说例如预蚀刻一个预先规定的深度。此时，上面的掩模层可以去除，从而留下下面的掩模层，所述下面的掩模层与上面的掩模层相比使构件上侧的附加区域露出。此时，如果没有在第一分步骤中完整地蚀刻出间隙，则可以在另一个步骤或分步骤中蚀刻完成所述间隙，同时将附加地露出的区域蚀刻确定的量，由此可以实现希望地从上侧降低结构元件的高度。

所提出的方法可以包括一个这样的步骤，在该步骤中，将坯料与基体连接。例如可以将坯料设置在底部基体上并将其与底部基体相固定。例如可以设定，如果设有保护层，在向坯料的下侧上施加保护层之后，并且在引入第一和第二间隙之前，将带有第一凹部和可能的第二凹部的所述坯料固定在底部基体上。这样，在蚀刻期间，通过底部基体保持坯料稳定。此时，也可能的是，带有第一和第二凹部的坯料仍具有大于最终希望实现的第一、第二和可能的第三厚度的厚度，以便使其更为稳定。在这种情况下较厚的坯料可以容易地操作并且固定在底部基体上。然后，在将坯料固定在底部基体上之后可以从上侧出发实现减小所述厚度，从而最终在第一、第二和可能的第三区域中建立希望的厚度。此后可以引入所述间隙。当希望有特别小的厚度，例如5μm或小于5μm的第一厚度时，这是特别有利的。

设置在底部基体上的带有第一和第二间隙的坯料或所述构件然后可以由顶部基体覆盖。坯料通过蚀刻提供的接触区域、优选是框架和/或锚定结构可以与底部基体和/或顶部基体连接。这例如可以通过晶片键合来实现。

至少在所述微机械构件与底部和/或顶部基体的一个所述接触区域中设置绝缘层。备选或附加地，可以在固定之前在接触区域之外在底部和/或顶部基体朝向所述微机械构件的侧面上向第一和/或第二基体中引入空腔。由此可以实现的是，例如所述第二区域没有与所述基体发生不希望的接触并且保持能自由运动。特别是当在所述构件的与底部基体连接的下侧上不存在第二凹部时，对于构造成底部基体的基体这是有利的。此外，对于构造成顶部基体的基体，所述空腔可能是有利的，由此可以避免，构件的上侧在不希望的部位处与顶部基体发生接触并由此在振动上受到妨碍。

在这里介绍的方法中，这里要指出的是，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设置在例如构造成矩形的下侧上。第一和第二间隙现在应在通过第一或必要时还通过第二凹部限定的区域中结束，如上面说明的那样。就是说，应在相应的位置处在上侧上蚀刻所述第一和第二间隙。

所述方法的附加的优点可以能在于允许的容差，可以在所述凹部相对于所述构件的定位方面和/或在预先规定间隙的位置的掩模相对于所述凹部的位置的容差方面得到所述容差。这样，通过第一凹部限定的区域例如可以沿x方向和/或y方向比预先规定第一间隙的掩模的区域大10μm至200μm。这样掩模不必为了实现希望的功能而以nm级的精度在中央定位在第一凹部的上方。由此，可以实现附加地简化制造工艺，这种简化有助于降低成本或使这个制造工艺自动化。预先规定所述至少一个第二间隙的掩模的区域这里通常选择成，使得所述至少一个第二间隙与第一间隙隔开足够距离地设置，以便确保，在第二区域中引入所述至少一个第二间隙。通过相对于所述凹部移动所述掩模的位置，尽管可以改变第一区域和第二区域或者第二区域与第三区域之间的台阶部的位置，但这种位置改变在通过常规的光刻法能实现的调节精度的范围内是可以容许的。

要强调的是，仅结合构件说明的特征，对于所给出方法也可以要求保护，并且反之亦然。

附图说明

在附图中示出本发明的示例性实施形式。其中：

图1示出在电极间隙的宽度上设置的电极的归一化电容以及归一化电容灵敏度的图表；

图2示出所提出的构件的透视图和剖视图；

图3a-c示出所提出的构件的不同实施形式；

图4a-c示出所提出的、附加地正面加工的构件的不同实施形式；

图5用具有保护层的实施形式示出带有底部基体的构件；

图6用具有保护层的实施形式示出带有底部基体和顶部基体的构件；

图7用没有保护层的实施形式示出带有底部基体和顶部基体的构件；

图8用具有空腔的实施形式示出带有底部基体和顶部基体的构件；以及

图9示出带有底部基体和顶部基体的构件的另一个视图。

具体实施方式

图1示出一个布图，其中在电极间隙宽度x上(用μm表示电极间隙)标注归一化(normiert)电容(C归一化、点虚线示出)和归一化电容灵敏度dC/dx，即在间隙宽度x变化时电容的变化(dC/dx归一化，划虚线)。根据板式电容器的原理，由电极面积A与其间距、即电极间隙宽度x的商得出电容C：C∝A/x。就是说，在电极面积恒定时，电容与电极间隙宽度x成反比。在图中，对于在0.5μm与4μm之间的电极间隙，将电容C归一化到1地标注，就是说(通过乘以x)抵消了所述反比关系。在面积A增大或减小时，归一化电容相应地根据C∝A/x与面积成比例地改变。

电容灵敏度dC/dx因此与A/(x^2)成比例。对于0.5μm至4μm的电极间隙，这个值也是归一化(通过乘以x)地标注的并且相应地表现出与电极间隙的反比关系。就是说，对于小的间隙间距，电容灵敏度dC/dx比电容C本身明显更快地升高。面积A仅是线性地影响电容以及电容灵敏度。改进电容灵敏度与基本电容的关系主要对于实现节约能量的系统是非常有益的。降低基本电容对于后续的电容-电压变换电路实现了降低电流消耗。电容灵敏度与基本电容的比值在小间距的区域内得到明显改进，如图1示出的那样。电极间距x对电容灵敏度的影响可以相应地明显比电极面积A的影响更强。

图2用立体图并用沿在所述立体图中标注的剖切线A-A的剖视图示出一个微机械系统(MEMS)。

在这个系统中，构件16设置在底部基体15上，在这个立体图中可以看到构件16的上侧，向所述上侧中引入多个间隙19、20，这些间隙从上侧一直延伸到与上侧相对置的下侧。

所述构件16和构件设置在其上的底部基体15由单晶硅制成。

所述构件垂直于沿z方向延伸的厚度的、沿x方向和z方向的横向尺寸在0.5mm至15mm之间。

构件16包括多个构成电极3的第一结构元件3，所述结构元件设置在构件16的第一区域21中并由至少一个第一间隙19界定。此外，所述构件还包括第二结构元件2、7，这些结构元件中的一些构成电极或阻尼器7，另一些构成弹簧2，并且设置在构件的与第一区域21不同的第二区域22中。所述第二结构元件2、7由第二间隙20界定。

如在剖视图A-A中可以看到的那样，所述第一区域21通过引入构件下侧中的第一凹部6限定。在所述第一区域21中，所述构件具有第一厚度C。构件在第一区域21中的所述第一厚度C相对于构件在第二区域22中的第二深度B减小。第一间隙19在第一区域21中从上侧延伸到下侧并且在第一凹部6中结束。第一间隙19的第一间隙深度以及还有位于这个区域中的第一结构元件3的高度由此通过所述第一厚度C限定。所述第一间隙19在所示示例中包括不同宽度的第一间隙：在第一区域21中设置较窄的第一间隙19a以及较宽的第一间隙19b。第一凹部6沿x方向和沿y方向的横向尺寸在100μm与2000μm之间。沿z方向的第一厚度C在5μm与60μm之间。由于第一凹部6相对于第二厚度减小的第一厚度C这里为第一厚度的25％至80％之间。

所述第二间隙20在第二区域22中从上侧延伸到下侧并且在第二凹部6之外结束。就是说，第二间隙的间隙深度和第二结构元件2、7的高度对应于构件在第二区域22中的第二厚度B。就是说，第二间隙深度大于第一间隙深度。

第二间隙的第二最小间隙宽度大于第一间隙的第一最小间隙宽度。在当前情况下，在第一区域21中存在不同宽度的间隙，这些间隙总体上可以定义为第一间隙。这些第一间隙19中较窄的第一间隙的间隙宽度构成第一最小间隙宽度，所述第一最小间隙宽度小于具有最小宽度的第二间隙20的间隙宽度。较宽的第一间隙19b的间隙宽度可以选择成小于、等于或大于第二最小间隙宽度。个别间隙也可以沿其长度具有变换的宽度，此时，这种变化的宽度的最小值也可以定义为最小间隙宽度。

第一间隙19的第一最大纵横比通过第一间隙深度与第一最小间隙宽度的比值得出，而第二间隙20的第二最大纵横比通过第二间隙深度与第二最小间隙宽度的比值得出。所述第一最大纵横比和第二最大纵横比在所示出的实施例中是相同大小的。第一间隙的最大纵横比和第二间隙的最大纵横比分别大于25:1。

构件的第一结构元件3和第二结构元件2、7构造成板并且在两个彼此平行地构成的相对置的侧面上由第一间隙19或第二间隙20界定。至少一些构造成电极元件的第一结构元件3和第二结构元件7分别由垂直于界定平行的侧边的第一间隙19或第二间隙20延伸的另外的第一间隙19或第二间隙20界定，从而相应的结构元件3、7在剩下的第四侧边上与构件的其余部分连接。

所述构件这里包括框架1和相对于框架1能振动的质量布置系统4。框架1和质量布置系统4通过弹簧2能振动地相互连接，就是说，在弹簧2发生变形的情况下可以相对于彼此振动。这里这种可振动性存在于一个、两个或三个空间方向上。

如上所述，第一间隙19这样界定至少几个第一结构元件3，使得其三个侧边外露并且一个第四侧边与构件的其余部分连接。在所示出的实施形式中，这是这样来实现的，即，几个所述第一结构元件3与质量布置系统4连接，而其余的结构元件与框架1或与相对于框架固定设置的或能固定设置的锚定结构27连接。电极的由各第一间隙或所述第一间隙相互分开的、与构件的不同部段或部件连接的电极元件相互嵌接或相互啮合地设置。就是说这些电极元件局部地相互重叠，从而重叠的区域构成电容器的电极。当质量布置系统4相对于框架1或锚定结构27振动时，相应地与相应部段或部件连接电极元件一起振动。通过这种振动，两个相邻的电极元件之间的间隙间距变化，和/或两个相邻的电极元件的重叠面积变化，这导致通过电极3形成的电容器结构的电容发生可测量的变化。

与第一电极3的由第一结构元件形成的第一电极元件相同，第二电极7的由第二结构元件形成的第二电极元件可以通过在它们之间延伸的第二间隙20或在它们之间延伸的各第二间隙20相互分开，这里，一些第二电极元件与质量布置系统4连接，而其他电极元件与框架1或与相对于框架1固定设置或能固定设置的锚定结构27连接。与质量布置系统4连接的第二电极元件可以相应地地相对于与框架1或锚定结构27连接的第二电极元件振动，所述电极元件相对于另外的电极元件相互嵌接地设置。

所述构件也可以包括构造成阻尼元件7的第二结构元件7，所述阻尼元件的设计类似于第二电极7的设计，但阻尼元件在其功能上与所述第二电极不同。

第一结构元件3具有在两个平行延伸的第一间隙19之间延伸的结构宽度，第一和第二结构元件的最小结构宽度例如在1μm与10μm之间。在第一区域中的第一最小间隙宽度这里在0.3μm与1.5μm之间，而第二最小间隙宽度大于第一最小间隙宽度并且在1.5μm与4μm之间。

所述构件除了具有第一厚度C的第一区域21和具有第二厚度B的第二区域22以外还包括具有第三厚度A的第三区域23。这里，第三厚度A这里还大于第二厚度B。第二区域22通过微机械构件背面中的第二凹部5限定，通过所述凹部使得厚度相对于第三区域A减小并且由此形成第二区域22。又在第二区域22之内引入第一凹部6，以便形成第一区域21。第三区域23是这样的区域，所述框架1和所述锚定结构27或各所述锚定结构27主要在这个区域中延伸。框架1的一些部分这里在形式上也位于第二区域22中，因为这些部分具有第二厚度B。因此第三区域A由所述框架1和锚定结构27包含。

为了将所述构件固定在底部基体上，第三区域23在下侧上与底部基体15连接。构件的所述框架和/或锚定结构27在上侧和/或下侧上与基体连接。在构件和基体15之间在固定区域中设有绝缘层13。

如上所述，构件和基体15由单晶硅制成。所述构件例如也可以由电绝缘的玻璃材料或陶瓷材料制成，所述玻璃材料或陶瓷材料在热性能上应与硅相适配。在这种情况下，可以省去绝缘层13。

提供一种具有高性能和尽可能小的(电容)间隙间距的任务在所示出的构件中这样来实现，即，在构件内部形成具有不同结构厚度的区域21、22、23。MEMS中的功能元件2、3、7根据其功能由不同宽度的间隙19、20界定并且配设给所述区域21、22、23，使得分别能尽可能好地利用蚀刻技术上可以实现的最大纵横比。由此可以相互独立地提高电容灵敏度和振荡质量/质量块(seismische Masse)以及横向刚度。在保持最大可能的蚀刻技术上可实现的纵横比的情况下，具有最高灵敏度的电极3所处的第一区域21中的结构厚度降低。由此构造成电极间隙的第一间隙19在这个区域中可以以<1μm的尺寸实现。

以相同的过程，在质量元件4和弹簧2的区域中的结构厚度可以设计得明显更大。由此可以实现具有能提高信噪比(SNR)的大振荡质量和/或具有大横向刚度的结构，由此可以抑制不希望的运动。这两个方面尤其是对于设计高精度的微机械惯性传感器是必要的和有利的，但这个基本原理也可以转用到其他传感器和致动器功能上。

在图2中以一维的MEMS结构为例说明本发明的一个可能的实施形式，所述MEMS结构例如形成加速传感器。但所介绍的技术不仅限于这样的系统。在另外的图3至9中示出几个另外的可能的设计方案，这些图中并未给出穷尽的列举。

MEMS结构优选由单晶硅基体制成并且有具有第三厚度A的环绕框架、质量元件4(振荡质量)和至少一个具有第二厚度的适当的弹簧2或弹簧系统构成。以这个第二厚度B可以将第二结构元件7、如例如板状元件设计成用于静电力输入、用于电容探测或用于调整阻尼。在图2中这以阻尼元件7为例示出。在这个具有第二厚度B的第二区域22中的第二结构元件7通过具有第二最小宽度的第二间隙20界定。此外，还形成具有进一步减小的第一结构厚度C的第一区域21，可以给所述第一区域配设另外的第一结构元件，如附加的弹簧系统、惯性质量的区域、板状的元件，以用于静电力输入、用于电容探测或用于调整阻尼。在图2中为此示例性示出具有减小的第一厚度C的探测电极3。界定所述探测电极的、具有第一最小宽度的第一间隙19明显小于第二间隙20。两个区域中由相应最小间隙宽度和相对应的存在于相应区域中的结构厚度得出的相应的最大纵横比选择成，使得所述纵横比是大致相等的并且与蚀刻技术上可实现的纵横比相一致。

在间隙间距和相对应的结构厚度的一个示例性的可能的设计方案中，在假设最大纵横比为25:1时，例如在结构厚度为50μm的第二区域22中实现2μm的最小间隙宽度，而在结构厚度为25μm的第一区域21中实现1μm的最小间隙宽度。由此，在这个示例中已经实现了电容灵敏度的加倍。

通过间隙宽度与结构厚度的匹配使最大纵横比均等的这个原理的实施方式在图2中以附加地降低的第一区域21为例示出，但这不仅限于台阶式结构。

所说明的MEMS结构在具有第三厚度A的第三区域23中固定在下基体上，所述基体由电绝缘的材料制成或用电绝缘的材料13、如例如SiO₂涂覆。与可能的上基体(见图6至9)的固定区域24在第三区域23中在构件的上侧上形成。

在图2中或后面的附图之一中示出的构件或MEMS的制造通过蚀刻、例如干蚀刻实现。

在图2示出的构件的情况下，首先向坯料的下侧中引入第二凹部5，从而在第二凹部5延伸的位置处坯料获得减小的厚度。然后，在第二凹部5之内引入第一凹部6，以便进一步减小厚度。就是说，在引入两个凹部5、6之后，存在三个具有彼此不同的厚度的不相交的区域21、22、23。这三个不同的厚度可以是厚度C、B、A，但也可以是分别以确定的值大于厚度C、B、A的三个厚度，这里，在后面的步骤中从上侧出发减小坯料的厚度，由此形成厚度C、B、A。

第一间隙19在第一区域21中以及第二间隙20同时在第二区域22中分别沿z方向从上侧出发蚀刻。这优选是在坯料或构件16已经设置在底部基体15上之后进行。为了进行蚀刻，在坯料的上侧上提供掩模，所述掩模预先给定了所有间隙的位置、走势和宽度。就是说，例如是抗蚀剂掩模或硬掩模的所述掩模预先规定第一间隙19和第二间隙20在垂直于z方向或蚀刻方向的x-y平面中的几何尺寸。

所述掩模构造成和在上侧上定位成，使得最窄的间隙位于第一区域中，而例如限定阻尼器7或弹簧2的最宽的间隙位于第二区域22中。就是说，在定位掩模时要考虑凹部的位置。这里，可以设有容差，例如其方式是，将第一凹部6和/或第二凹部5的尺寸设计得略大，从而例如可以以5至10μm的精度实现掩模沿x方向和/或沿y方向的定位。所有间隙19、20此时在一个步骤中同时从上侧出发沿z方向朝下侧蚀刻，直至这些间隙完全穿透坯料并出现在下侧上。

如上所述，所述坯料或构件16通常在引入间隙19、20之前设置在底部基体15上并且通过晶片键合与底部基体连接。这里，在具有第三厚度A的第三区域23中、就是说在框架1和基体15之间或者说在锚定结构27和底部基体15之间建立所述连接。

图3a-c仅限于以不同的实施形式示出MEMS功能层，就是说仅示出没有基体的构件。在这里示出的所有实施形式中都存在第一凹部6和第二凹部5。

这里，在图3a中，在第一区域中设置具有高灵敏度的电极3，而在第二区域中仅设置弹簧2。在电极3和弹簧2之间设有质量元件4。质量元件4较大的部分这里分别在第二区域22中延伸并且具有第二厚度B，而质量元件4的一个较小的部分分别伸入第一区域21并具有第一厚度C。

在图3b中，在第二区域22中除了弹簧2还设置阻尼器7。由此振动特性与图3a中的示例不同。在图3c中示出这样的实施形式，所述实施形式在其结构上类似于图3b的实施形式，在这个实施形式中，在第二区域22中构造成弹簧8的结构元件以从下侧出发降低的沿z方向的高度或厚度存在。为此在设有弹簧2、8的第二区域22中从背面出发减小所述构件的厚度。这特别是可以与通过借助于相应的设置在坯料下侧上的掩模进行蚀刻而引入第一凹部6同时地进行。此时，第一凹部6和用于减小弹簧8的高度的凹陷可以同时蚀刻。由此弹簧8通常得到相同的高度或厚度，所述高度或厚度也存在与第一区域21中，如也在这个图中示出的那样。

图4a-c示出这样的实施形式，其中，从上侧出发通过蚀刻减小几个第一和/或结构元件的高度。在图4a中示出第一区域21中从上侧出发降低的电极元件9，所述电极元件此时具有第五厚度或高度E，并且示出第二区域22中从上侧出发降低的阻尼元件10，所述阻尼元件具有第四高度D。弹簧2在所示的实施形式中具有其完整的高度，这个高度对应于第二高度B。

在图4b中，与图4a不同，在两侧、就是说从上侧出发和从下侧出发降低阻尼器11。这种在两侧降低的阻尼器11此时也具有第五高度E。在图4c中，与图4a和b不同，弹簧也在两侧降低高度并且具有第五高度E。

结构元件9、10、11、12从上侧出发的这种台阶结构同样通过蚀刻实现，这里，在上侧上施加两级的掩模，所述掩模例如包括一个硬掩模和一个抗蚀剂掩模。此时，间隙19、20的蚀刻和结构元件9、10、11、12的高度降低可以以两级的蚀刻过程来实现。

概括而言，就是说，通过附加的高度降低例如产生以下结构元件(见图3c、图4a-c)：

-从下面形成台阶的弹簧8

-从上面形成台阶的具有最高灵敏度的电极元件9

-从上面形成台阶的阻尼元件或电极元件10

-在两侧形成台阶的阻尼元件或电极元件11

-在两侧形成台阶的弹簧12。

这些结构元件8、9、19、11、12由此可以最佳地与其相应的功能相适配。这样，例如单侧或上侧形成台阶的弹簧8、12使得可以容易地设计竖直运动形式的尺寸。这些运动形式例如可以有利地借助于单侧或双侧形成台阶的电极9静电地激励或电容式地探测。由此，用于多轴的传感器或致动器的各MEMS元件可以有利地组合或集成在一个基体中。

在具有较高灵敏度的电极3的区域内中降低结构厚度按所述的技术利用附加的蚀刻步骤实现。这里厚度比设计成，使得有目的地利用具有较大间隙宽度的结构与具有最小间隙间隙间距的结构之间的ARDE。这里也有目的地适配调整间隙长度；很长的狭窄间隙必要时通过有意地引入加宽部中断，其方式是，就是说例如局部地提高间隙宽度。由此在一个蚀刻步骤实现了确定所有功能元件的横向结构尺寸，由此实现了尽可能好的结构完整性。

为了实现在图4a-c中示出的附加地降低几个功能元件(例如弹簧、固定或活动的电容电极)，可以使用从坯料的上侧进行的两阶段的结构化过程(优选是两阶段的蚀刻过程)。为此，可以使用由两个预结构化的掩模层组成的组合。在以确定的深度进行预蚀刻步骤之后，取出上面的掩模层并继续进行蚀刻，从而建立希望的高度台阶结构。这种两阶段的方法这里可以有利地与从背面进行的形成台阶的过程(引入第一凹部6和第二凹部5)相结合。

图5示出设置在基体15上的构件的示意性横向剖视图，所述构件具有设置在下侧上的保护层。

可选地，可以在蚀刻第一凹部6以及在存在第二凹部的情况下蚀刻第二凹部5之后将这种保护层14、例如在其厚度上优化的SiO₂层设置在坯料的背面上。所述保护层14可以防止在很大的间隙的区域内出现过度蚀刻。这种保护层由此保护坯料的下侧受到蚀刻作用并且此外还防止在蚀刻期间所述结构发生不希望的运动。所述保护层14可以在蚀刻所述结构之后选择性地(图6)或完整地(图7)重新去除。

图6至9还示出根据本申请不同地设计的MEMS的示意性横向剖视图，它们分别具有底部基体15和顶部基体17。

通过底部基体15和顶部基体17密封地封闭MEMS结构并且建立特征性的内压。

如上所述，图6这里以后面的阶段示出图5的构件16，此时已经将顶部基体17固定在构件16上并且保护层在间隙19、20的下端部上中断，以便实现结构元件2、3的可运动性。相反，在图7的实施形式中完整地去除保护层14。

在图6和7中，在底部基体15和构件16之间以及在顶部基体17和构件16之间分别在构成第三区域23并具有第三厚度(A)的接触区域中设置绝缘层13。

这里，在图6和7的实施形式中，接触区域朝所述底部基体15通过第三区域23和第三厚度A本身限定并且由此通过第二凹部5提供所述接触区域。就是说，通过第二凹部5防止质量布置系统4、弹簧2或电极3与底部基体15发生接触并且由此在其可运动性上受到限制。相对于顶部基体17，通过引入顶部集体17本身中的凹部18来防止出现对可运动性的这种限制。凹部18的深度例如可以为2至50μm。

在图8中示出的实施形式这里与图6、7的实施形式的区别在于缺少第二凹部5。相应地，仅在构件16的下侧上存在第一凹部6。在这个实施形式中，在制造构件16时也可以利用ARDE的所述效应。这里仅省去了引入第二凹部6的步骤。相应地不存在具有第三厚度C的第三区域23，而是仅存在第一区域21和第二区域22。框架1和可能的锚定结构27此时具有第二厚度B并且在据此同样处于第二区域22中的接触区域中与底部基体15和/或顶部基体17连接。为了确保相对于底部基体15的可运动性，底部基体15也具有空腔18和由此补偿缺少的第二凹部5。底部基体中的所述空腔18也可以具有2至50μm的深度。由此如图6和7中的实施例那样实现了顶部基体17。

图9示出制造完成的MEMS结构的一个较大部分的示意性横向剖视图。

该构件也具有第一凹部6和第二凹部5，从而在底部基体15中可以省去空腔18，相反顶部基体17具有空腔18。由于空腔18的设计方案，构件16与底部基体15的固定区域与构件与顶部基体17的固定区域是不同的：底部区域17与框架1和锚固结构27连接，而顶部基体仅与框架1连接。

所述底部基体15具有接触口或接触孔25，所述接触口或接触孔使得能够接近这里位于锚定结构27上的固定的第三区域23。但所述接触口25在另一个设计方案中可以备选或附加地也位于框架1的区域中。但备选或附加地也可以在顶部基体17中存在接触口，所述接触口使得能够接近固定区域24。在采用导电或半导电的基体材料的情况下，所述固定区域以及底部基体15和/或顶部基体17的基体表面也在接触口25的区域中涂覆有电绝缘的绝缘层，例如SiO₂。接触口25以及所述表面的区域相反具有导电的、例如金属的层26，由此建立与MEMS的所述结构、例如电极3的电接触并且同时实现了重新配线(Umverdrahtung)(使不同的在内部分离的MEMS区域相互连接和提供用于外部接头的接触面)。这样可以接通电极3、7并且在运行中可以探测或测量由电极3、7形成的电容器由于振动引起的所述电容变化。

用于制造例如在图9中示出的MEMS元件的、以扩展的空腔SOI技术为基础的制造方法例如包括以下工艺步骤：

i.提供必要时带有电绝缘层(13)的底部基体(15)，

ii.提供具有大于第三厚度(A)的厚度的坯料，

iii.优选通过蚀刻向坯料的下侧中引入第二凹部(5)，

iv.优选通过蚀刻向坯料的下侧中引入至少一个第一凹部(6)，所述第一凹部位于第二凹部(5)之内，

v.在固定区域(23)中，优选通过晶片键合将所述坯料安装到所述底部基体(15)上，

vi.从上侧出发使坯料变薄，从而在至少一个第一区域(21)中建立第一厚度(C)，在第二区域(22)中建立第二厚度(B)，以及在第三区域或固定区域(23)中建立第三厚度(A)，

vii.向坯料的上侧上施加掩模层并使掩模层结构化，所述掩模层优选是抗蚀剂掩模或硬掩模，以便确定微机械结构的所有横向尺寸，

viii.优选通过竖直的各项异性的干蚀刻，借助于掩模层从上侧出发沿竖直方向使微机械功能层结构化，由此产生竖直的间隙(19、20)并且在一个步骤中实现完成(Freistellung)整个结构，

ix.去除掩模层，

x.优选通过晶片键合利用另一个作为顶部基体(17)的基体对构件(16)进行封装，所述顶部基体具有至少一个空腔(18)并且必要时具有电绝缘层(13)，

xi.在底部基体(15)中和/或在顶部基体(17)中制作基体与构件(16)的结构元件(2、3)的必要时电绝缘的接触口(25)并且设置能导电的(金属的)连接(26)。

此外本申请涉及以下有助于理解本发明的方面：

1.具有可振动的弹簧-质量布置系统的微机械系统，

·包括底部基体和/或顶部基体，用于固定微机械结构和固定电极及阻尼器系统，

·包括至少一个质量元件(4)和弹簧组合(2、8、12)，所述弹簧组合实现了至少一个空间方向上、必要时最多三个空间方向上的运动自由度，

·包括具有平直或弯曲的几何形状的板状的元件，所述元件耦合到活动的质量块和/或固定的且电绝缘的区域上并且由此形成电极布置系统，以便实现静电激励/力耦入或电容探测或者以便实现流体阻尼(3、7、9、10、11)，其中，

·所述结构具有至少两个变薄的区域，所述区域具有朝向基体的特征性凹部(5)、(6)和由此得到的结构厚度(B、C)以及相对应地得到的最小间隙间距(20、19)，这里在两个区域中，间隙宽度与结构厚度的最大纵横比是近似相等的。

2.根据方面1的微机械系统，其中，

·所述微机械系统由单晶Si制成，和/或

·所述基体由单晶Si制成或由在热性能上与Si相适配的玻璃材料或陶瓷材料制成。

3.根据方面1或2的微机械系统，其中，

·典型的结构高度(B)选择成在20...100μm的范围，并且典型的最大纵横比选择成>20，以及

·最小间隙间距(19)在1μm和更小的范围内实现。

4.根据方面1至3之一的微机械系统，其中，

·这样选择最大纵横比以及电极的重叠长度，使得整个结构可以仅利用各向异性的干蚀刻过程制作，这里，在两个结构厚度区域中用于完成所述结构的蚀刻时间是近似相同的，

5.根据方面1至3之一的微机械系统，其中，

·所述电极设计成间距变化的以及面积变化的。

6.根据方面1至5之一的微机械系统，其中，

·弹簧、电极和阻尼器在两个结构厚度区域中可以具有另外的台阶部，从而得到结构厚度(D、E)，以便能够产生和探测竖直的运动。

7.用于制造根据方面1至5之一的微机械系统的方法，至少包括以下步骤：

·提供基体(15)，所述基体优选具有电绝缘层(13)，

·提供用于所述构件(16)的坯料，

·优选通过蚀刻向坯料的下侧中引入第一凹部(5)，

·优选通过蚀刻向坯料的下侧中引入第二凹部(6)，所述第二凹部位于第一凹部(5)之内，

·在固定区域(23)中，优选通过晶片键合将所述坯料安装到基体(15)上，

·从上侧使坯料变薄，从而在固定区域中建立边缘厚度(A)，在第一区域(22)中建立第一结构厚度(B)，以及在第二区域(21)中建立第二结构厚度(C)，所述第二区域位于区域(22)之内，

·向坯料的上侧上施加掩模层并使掩模层结构化，所述掩模层优选是抗蚀剂掩模或硬掩模，以便确定微机械结构的所有横向尺寸，

·优选通过竖直的各项异性的干蚀刻借助于掩模层从上侧出发沿竖直方向使微机械功能层结构化，由此产生竖直的间隙(19、20)并且在一个步骤中完成整个结构，

·去除掩模层，

·优选通过晶片键合利用另一个基体(17)对构件(16)进行封装，所述另一个基体具有至少一个另外的凹部(18)并且必要时具有电绝缘层(13)，

·在下基体(15)或上基体(17)中制成通向传感器结构的功能区域的、必要时电绝缘的接近口，并且设置金属的连接结构。

8.用于制造根据方面1至5之一的微机械系统的方法或根据方面7的方法，其中，

·向预结构化的坯料的下侧上和/或向坯料的上侧上施加保护层(14)，所述保护层的厚度选择成，使得对于有限的蚀刻时间实现掩模作用并且由此实现保护表面不受蚀刻作用。

9.用于制造根据方面1至5之一的微机械系统的方法或根据方面7或8的方法，其中，

·没有向坯料的下侧中引入第二凹部(5)，而是向底部基体(15)的上侧中引入一个凹部(18)。

10.于制造根据方面1至6之一的微机械系统的方法或根据方面7或8的方法，其中，

·为了确定所述横向尺寸，使用两级的掩模，所述掩模优选由硬掩模和抗蚀剂掩模组成，

·在微机械功能层的第一结构化步骤中，首先以确定的数值沿竖直方向预蚀刻所有间隙，

·此后首先仅去除上掩模层，

·优选通过各向异性的干蚀刻继续进行微机械功能层的结构化，这里从上侧实现弹簧、电极和阻尼器的确定的降低，并且在这些区域中建立结构厚度(D)和(E)，

·接下来去除硬掩模。

附图标记列表

(1) 框架

(2) 弹簧(第二结构元件)

(3) 第一电极(第一结构元件)

(4) 质量布置系统

(5) 第二凹部

(6) 第一凹部

(7) 第二电极或阻尼器(第二结构元件)

(8) 形成台阶的弹簧

(9) 形成台阶的电极元件

(10) 形成台阶的电极元件或阻尼元件

(11) 在两侧形成台阶的电极元件或阻尼元件

(12) 在两侧形成台阶的弹簧

(13) 绝缘层

(14) 保护层

(15) 底部基体

(16) 构件

(17) 顶部基体

(18) 顶部或底部基体中的空腔

(19) 第一间隙

(20) 第二间隙

(21) 第一区域

(22) 第二区域

(23) 第三区域

(24) 与上基体的固定区域

(25) 基体的接触口

(26) 导电的层

(27) 锚定机构

(A) 第三厚度/高度/间隙深度

(B) 第二厚度/高度/间隙深度

(C) 第一厚度/高度/间隙深度

(D) 第四厚度/高度

(E) 第五厚度/高度

Claims (27)

1.一种用于微机械系统的构件(16)，所述构件具有上侧和与上侧相对置的下侧，所述构件包括：

-至少一个第一结构元件，所述第一结构元件设置在所述构件(16)的第一区域(21)内并且由至少一个第一间隙(19)界定；

-至少一个第二结构元件，所述第二结构元件设置在所述构件(16)的与第一区域(21)不同的第二区域(22)中并且由至少一个第二间隙(20)界定；

其中，通过所述构件(16)的下侧中的第一凹部(6)限定所述第一区域(21)并且所述构件(16)在第一区域(21)中的第一厚度(C)相对于所述构件(16)在第二区域(22)中的第二厚度(B)减小；

其中，所述至少一个第一间隙(19)在第一区域(21)中从上侧延伸到下侧并结束于第一凹部(6)中，并且具有通过所述构件(16)在所述第一区域中的第一厚度(C)限定的第一间隙深度；

其中，所述至少一个第二间隙(20)在第二区域(22)中从上侧延伸到下侧并结束于第一凹部(6)之外，并且具有通过所述构件(16)在所述第二区域(22)中的第二厚度(B)限定的第二间隙深度，所述第二间隙深度大于所述第一间隙(19)的第一间隙深度；以及

其中，所述至少一个第二间隙(20)的第二最小间隙宽度大于所述至少一个第一间隙(19)的第一最小间隙宽度。

2.根据权利要求1所述的构件(16)，其中，通过第一间隙深度与第一最小间隙宽度的比值给定所述至少一个第一间隙(19)的第一最大纵横比；

通过第二间隙深度与第二最小间隙宽度的比值给定所述至少一个第二间隙(20)的第二最大纵横比；

所述第一最大长宽比等于或基本上等于所述第二最大纵横比。

3.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，所述至少一个第一结构元件至少在两个至少局部相互平行延伸的、相对置的侧面上由所述至少一个第一间隙(19)界定和/或所述至少一个第二结构元件至少在两个至少局部相互平行延伸的、相对置的侧面上由所述至少一个第二间隙(20)界定，从而所述至少一个第一结构元件或所述至少一个第二结构元件构造成平直或弯曲的板。

4.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，在所述第一区域(21)中设置宽度不同的第一间隙(19a、19b)。

5.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，所述构件包括框架(1)和能相对于所述框架(1)振动的质量布置系统(4)，其中，所述至少一个第二结构元件包括弹性的弹簧(2)，所述弹簧将所述框架(1)与质量布置系统(4)相互连接，使得所述框架和质量布置系统在弹簧(2)发生变形的情况下能够相对于彼此振动。

6.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，所述构件包括框架(1)和能相对于所述框架(1)振动的质量布置系统(4)，其中，所述至少一个第一间隙(19)在所述质量布置系统(4)与所述框架(1)之间延伸或者在所述质量布置系统(4)与相对于所述框架(1)固定设置或能固定设置的锚定结构(27)之间延伸，使得通过所述至少一个第一间隙(19)界定的所述至少一个第一结构元件包括第一电极(3)，所述第一电极与包括与所述锚定结构(27)或所述框架(1)连接的电极元件并且所述第一电极包括与所述质量布置系统(4)连接的电极元件，与所述锚定结构(27)或所述框架(1)连接的电极元件和与所述质量布置系统(4)连接的电极元件相互嵌接并且能相对于彼此运动。

7.根据权利要求5或6所述的构件(16)，其中，所述至少一个第二间隙(20)在所述质量布置系统(4)与所述框架(1)之间延伸或者在所述质量布置系统(4)与相对于所述框架(1)固定设置或能固定设置的锚定结构(27)之间延伸，使得通过所述至少一个第二间隙(20)界定的所述至少一个第二结构元件包括第二电极(7)或阻尼器，所述第二电极或阻尼器与包括与所述锚定结构(27)或所述框架(1)连接的电极元件并且所述第二电极或阻尼器包括与所述质量布置系统(4)连接的电极元件，与所述锚定结构(27)或所述框架(1)连接的电极元件和与所述质量布置系统(4)连接的电极元件相互嵌接并且能相对于彼此运动。

8.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，所述至少一个第一间隙的所述第一最小间隙宽度至少为0.1μm、优选至少为0.3μm，和/或最高为3μm、优选最高为1.5μm，和/或所述至少一个第二间隙的所述第二最小间隙宽度至少为1.5μm和/或最高为4μm。

9.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，所述第一厚度(C)至少为5μm和/或最高为100μm、优选最高为60μm；和/或所述第一厚度(C)对应于所述第二厚度(B)的至少15％、优选至少25％和/或最高90％、优选最高80％。

10.根据权利要求2至9之一所述的构件(16)，其中，所述至少一个第一间隙(19)的所述第一最大纵横比和所述至少一个第二间隙(20)的第二最大纵横比分别为10:1或更大、优选为20:1或更大、特别优选为25:1或更大。

11.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，一个或多个所述至少一个第一结构元件和/或一个或多个所述至少一个第二结构元件的高度在上侧和/或在下侧上相对于设置有所述结构元件的相应区域(21、22)的厚度减小。

12.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，所述构件(16)由硅、优选由单晶硅制成，或者所述构件(16)包含硅、优选包含单晶硅。

13.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，所述构件的垂直于所述构件的厚度方向的横向尺寸在0.5mm与15mm之间和/或所述第一凹部(6)的横向尺寸在100μm与2000μm之间。

14.根据上述权利要求之一所述的构件(16)，其中，通过所述构件(16)背面中的第二凹部(5)限定所述第二区域(22)，并且第二厚度(B)小于不同于第一区域(21)和第二区域(22)的第三区域(23)的第三厚度(A)，所述框架(1)和/或锚定结构(27)至少部分地在所述第三区域(23)中延伸。

15.一种微机械系统，所述微机械系统包括根据权利要求4至13之一所述的构件(16)和用于固定所述构件(16)的基体，其中，所述构件(16)的框架(1)和/或锚定结构(27)在上侧和/或在下侧上与所述基体(15、17)连接。

16.根据权利要求15的微机械系统，其中，所述基体由硅、优选由单晶硅制成和/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热性能上与硅相适配。

17.一种用于制造用于微机械系统的构件(16)的方法，所述方法至少包括以下步骤：

向坯料的下侧中引入第一凹部(6)，从而所述坯料在由第一凹部(6)限定的第一区域(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与第一区域(21)不同的第二区域(22)中沿z方向延伸的第二厚度(B)，

在所述第一区域(21)中蚀刻至少一个第一间隙(19)，以便制成至少一个通过所述至少一个第一间隙(21)界定的第一结构元件；以及

在所述第二区域(22)中蚀刻至少一个第二间隙(20)，以便制成至少一个通过所述至少一个第二间隙(20)界定的第二结构元件；

其中，所述蚀刻分别沿z方向实现并且这样进行，使得所述至少一个第一间隙(19)具有通过所述第一厚度(C)限定的第一间隙深度，所述第一间隙深度小于所述至少一个第二间隙(20)的通过在第二区域(22)中的第二厚度(B)限定的第二间隙深度，并且所述至少一个第一间隙(19)的第一最小间隙宽度小于所述至少一个第二间隙(20)的第二最小间隙宽度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个第一间隙(19)和所述至少一个第二间隙(20)由坯料背向下侧的上侧出发沿z方向朝下侧蚀刻。

19.根据权利要求17或18所述的方法，还包括以下步骤：将掩模、优选是抗蚀剂掩模和/或硬掩模施加到坯料的上侧上，并且通过所述掩模对于所述至少一个第一间隙(19)和所述至少一个第二间隙(20)预先规定在垂直与z方向的平面内的几何尺寸。

20.根据权利要求17至19之一所述的方法，其中，同时蚀刻所述至少一个第一间隙(19)和所述至少一个第二间隙(20)。

21.根据权利要求17至20之一所述的方法，其中，所述坯料由硅制成或包含硅，所述硅优选是单晶硅，和/或用干蚀刻工艺进行所述蚀刻。

22.根据权利要求17至21之一所述的方法，其中，所述第二区域(22)通过第二凹部(5)限定，所述第二凹部(5)优选在引入第一凹部(6)之前的步骤中引入坯料的下侧，第一凹部(6)在第二凹部(5)的内部引入坯料中。

23.根据权利要求17至22之一所述的方法，其中，在向坯料中引入第一凹部(6)之后的步骤中或在向坯料中引入第一凹部(6)和引入第二凹部(5)之后的步骤中，至少局部地向坯料的下侧上施加保护层(14)、优选是氧化层。

24.根据权利要求17至23之一所述的方法，包括以下步骤：从上侧出发和/后从下侧出发相对于第一厚度降低一个或多个所述至少一个第一结构元件的高度，和/或从上侧出发和/或从下侧出发相对于第二厚度降低一个或多个所述至少一个第二结构元件的高度，并且分别优选以使用两级掩模的蚀刻过程进行所述步骤，所述掩模包括硬掩模和抗蚀剂掩模。

25.根据权利要求17至24之一所述的方法，其中，将所述坯料设置在底部基体(15)上并固定在其上，此后将第一间隙(19)和第二间隙(20)引入固定在底部基体(15)上的坯料中。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，通过顶部基体(17)覆盖带有引入的间隙(19、20)的坯料并且将坯料的接触区域、优选是框架(1)和/或锚定结构(27)与底部基体(15)和/或顶部基体(17)连接，优选通过晶片键合连接。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，在微机械构件与底部基体(15)和/或顶部基体(17)的至少一个所述接触区域中设置绝缘层(13)，和/或在固定之前在接触区域之外在底部基体(15)或顶部基体(17)的朝向所述构件(16)的侧面上向底部基体(15)和/或顶部基体(17)中引入空腔。

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