CN113614022A - 具有大流体有效表面的mems - Google Patents

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霍尔格·康拉德
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Abstract

本发明涉及一MEMS包括包含一空腔的一基材。该MEMS包括一可移动层布置结构，该可移动层布置结构布置在该空腔中，该空腔包含一第一桁条、一第二桁条及布置在该第一桁条与该第二桁条之间并固定在与之电气绝缘的分立区域处的一第三桁条。该可移动层布置结构被组配用以响应于一第一桁条与一第三桁条之间的一电位、或响应于该第二桁条与该第三桁条之间的一电位而在一基材平面中沿着一移动方向进行一移动。第一、第二及第三桁条是该可移动层布置结构的一第一层的部分。该可移动层布置结构包含沿着垂直于该基材平面的一方向相邻于该第一层布置的一第二层。该第二层沿着该移动方向采可移动方式布置。

Description

具有大流体有效表面的MEMS
技术领域
本发明系涉及被组配用以包括大有效面积以供与流体相互作用之微机电系统(MEMS)。本发明尤其系涉及由于后结构或电阻器结构之堆迭及/或布置而具有扩大型横向表面之NED(纳米观静电驱动)。
背景技术
WO2012/095185A1中说明NED(纳米观静电驱动)之原理。NED是一种新颖之MEMS(微机电系统)致动器原理。从一技术观点来看，NED致动器基本上有两种类型：垂直NED(V-NED)及侧向NED(L-NED)。在V-NED中，例如一硅(Si桁条)之物体垂直移动，亦即从基材平面移动出去，例如从通过Si碟片或晶圆所界定之基材平面移动出去。在L-NED中，诸如一Si桁条之物体侧向移动，亦即在平面内移动，例如在一Si碟片内移动。
在NED间隙中，可将情况描述为电极间隙越小，作用之电动力越大且桁条之所欲偏转从而越大。这意味着几乎总是希望间隙距离非常小(例如，在纳米范围内)。
从技术上讲，该等电极之间的此类小距离并非总是易于生产。通常，当在硅中生产间隙时，使用的方法系深硅蚀刻(DSi)。一种广泛使用之DSi方法系所谓的Bosch方法。凭借Bosch方法，可蚀刻非常小之间隙距离，但仅当外观比，即一沟槽之深度与宽度之间的商，不比30大很多时才可蚀刻。
这意味着当需要300nm之一间隙距离时，Bosch方法最大只能蚀刻到10μm之一深度才有合理之品质。对于许多L-NED应用，仅10μm之深度并不足够。当需要例如100μm之深度时，这可能导致沟槽之宽度也必须施作成十倍大，即大约3μm宽。
图11a展示组配为L-NED之一已知MEMS 1000的一示意性截面图或一截面。MEMS1000可包含一基材层1002，诸如一BSOI(接合型硅绝缘体)晶圆之一手柄晶圆。BSOI晶圆之一装置层系堆迭于其上，其中层1002及1004系经由一氧化层来连接，亦即经由BSIO晶圆之一埋入式氧化物(BOX)来连接。布置由层1004所构成之外部电极1008a及1008b，使得层1004之一内部电极1008c系布置在外部电极1008a与1008b之间，其中NED间隙1012 1及1012 2系布置在可例如借助所述DSi方法取得之该等电极之间。分别介于外部电极1008a与10008b之间的外部沟槽10141及10142、以及层1004留下作为外部基材之材料可界定由该等电极所形成之可移动桁条，并且举例而言，亦可通过DSi来形成。L-NED致动器之一高度1016举例而言，可有关于可移动元件之延伸，可能通过在电极1008a、1008b及/或1008c与层1002之间且垂直于例如由层1002之一主延伸方向所界定之一基材平面新增一间隙而有关。
图11b展示MEMS 1000的一示意性俯视图。电极1008a与1008c以及1008b与1008c各可经由布置在分立区域上之一绝缘层1022彼此牢固地机械性连接。由可移动电极1008a、1008b及1008c所形成之可移动元件可沿着平面内布置之侧向移动方向1024移动。
L-NED致动器之侧向移动可导致内有致动器移动之介质(例如：空气或液体)之一移动。介质之这种移动可用于生产基于L-NED致动器之(微型)扬声器或(微型)泵。一扬声器之音量或一泵之功率取决于所移动体积(空气或液体)之大小。以一L-NED致动器来说明，所移动体积系通过偏转量来确定，亦即，通过沿着移动方向1024之幅度及L-NED致动器之高度1016来确定。因此，期望生产L-NED致动器高且具有一大偏转之MEMS扬声器及/或MEMS泵。
如上述，以下一般性陈述适用于L-NED致动器：
·L-NED致动器之间隙越小，偏转越大；
·L-NED致动器之间隙越小，(Bosch方法)生产期间基于有限外观比之致动器之高度越小。
这意味着生产过程使得一小间隙(大偏转)及桁条之一大高度很难兼得。
DE10 2015 210 919A1中说明基于L-NED之微型扬声器或微型泵之原理。
图12展示从中获知之一MEMS 2000的一示意性截面图，其大幅对应于MEMS 1000之侧截面图，其中层1002可另外包含一开口1026，用以允许介于内有电极1008a、1008b及1008c移动之一空腔1028与MEMS2000之一外部环境之间的一体积流。除此之外，借助再一绝缘层10062布置再一基材层1032，其举例而言，可形成例如MEMS 2000之一盖子，并且亦包含一开口1034，开口1034可在开口1026当作声学或流体出口时例如当作用于空腔1028之入口开口。介于层1002与电极1008a、1008b及/或1008c之间的距离10361、及/或介于该等电极与盖晶圆1032之间的一距离10362通常可具有大约1μm之值(通过Si之热氧化作用来确定：10nm至10μm)。
根据图12之主要原理是要提供在一BSOI晶圆上生产、亦于图11a及图11b之上下文中描述为装置晶圆、且具有一盖晶圆1032之一L-NED致动器。装置晶圆及盖晶圆可借助一接合方法来接合。入口及出口1026及1034系为了声学信号或流体而提供。
L-NED桁条可侧向移动，从而可产生一声学效应或泵效应。当L-NED高度与L-NED间隙之比偏大时，声学效应及泵效应变得更有效，越大越好。L-NED高度1016与L-NED间隙1012之比大约为30。此限制导因于Si技术之生产过程。
除此之外，根据图12之L-NED桁条受垂直拉入效应限制(拉入＝L-NED桁条与盖晶圆或手柄晶圆之间的机械及/或电气接触，诸如受到静电力之作用而接触)。这意味着，当向L-NED电极1008a、1008b或1008c之一施加电压并且层1002及/或1032系连接至接地时，产生一电气垂直力，其将L-NED桁条拉向底端或拉向顶端。由于L-NED桁条与盖晶圆1032或手柄晶圆1002之间的距离10361及10362较小(在1bis 2μm之范围内)，因此L-NED桁条朝向底端(垂直，z方向)之移动可导致一拉入效应。基于两个原因，垂直拉入非为所欲：
·机械性：操作期间L-NED桁条与盖晶圆或手柄晶圆之间的机械接触可导致装置之机械性毁坏。除此之外，可使意欲非常高之移动保真度(输入与输出信号之间的期望系统性连接)受到限制，从而导致失真、摩擦损耗及非线性；
·电气：操作期间L-NED桁条与盖晶圆或手柄晶圆之间的电气接触可导致装置之电气毁坏(短路)。
DE 10 2017 203 722A1说明大外观比可通过使该等电极随后彼此相对偏移来取得。电极之后续偏移系难以控制且因此容易出错之再一过程。
因此，将期望带有具有一大外观比且易于生产之平面内可移动元件的MEMS。
发明内容
因此，本发明之一目的在于提供具有一大外观比且易于生产之MEMS。
本目的系通过申请专利范围独立项之标的内容来解决。
本发明之一核心思想在于发现L-NED装置之电极层可通过提供附加区域以供与流体相互作用之再一第二层来补充。此第二层可凭借已存在且可控制之程序来生产，从而可实现简单之生产并且同时增大有效外观比。
根据一实施例，一MEMS包括包含一空腔之一基材。该MEMS包括一可移动层布置结构，该可移动层布置结构系布置在该空腔中，该空腔包括一第一桁条、一第二桁条及布置在该第一桁条与该第二桁条之间并固定在与之电气绝缘之分立区域处的一第三桁条，其中该可移动层布置结构被组配用以根据该第一桁条与该第三桁条之间的一电位、或响应于该第二桁条与该第三桁条之间的一电位而在一基材平面中沿着一移动方向进行一移动。该等第一、第二及第三桁条系该可移动层布置结构之一第一层之部分。该可移动层布置结构包括沿着垂直于该基材平面之一方向相邻于该第一层布置、并且沿着该移动方向采可移动方式布置之一第二层。相较于该桁条布置结构，该第二层使得附加有效区域能够与一流体，即一气体及/或一液体，相互作用。
根据一实施例，该第二层系结构化成一第四、第五及第六桁条。沿着垂直于该基材平面之方向，诸如z，至少在该MEMS之一静置状态中，该第四桁条系相邻于该第一桁条布置，该第五桁条系相邻于该第二桁条布置，并且该第六桁条系相邻于该第三桁条布置。这实现附加主动可控制区域。
根据一实施例，经由布置在该第一层与该第二层之间的一中间层将该第一桁条机械性连接至该第四梁、及/或将该第二桁条机械性连接至该第五梁、及/或将该第三桁条机械性连接至该第六桁条。这致使能够在该等桁条之间实现小流体损耗、及实现个别桁条之移动之机械性耦合。
根据一实施例，该第三梁与该第六桁条系经由布置在该第一层与该第二层之间的一中间层彼此机械性连接。一方面移除介于该第一桁条与该第四桁条之间的该中间层，并且另一方面移除介于该第二桁条与该第五桁条之间的该中间层，以便使该第一桁条与该第四桁条相隔并且使该第二桁条与该第五桁条相隔。由于仍然可经由介于该等第四、第五与第六桁条之间的机械性固定件来取得移动耦合，因此这致使低质量能够移动。
根据一实施例，一方面该第一桁条与该第四桁条且另一方面该第二桁条与该第五桁条系经由布置在该第一层与该第二层之间的一中间层彼此机械性连接。移除介于该第三桁条与该第六桁条之间的该中间层，以在该第三桁条与该第六桁条之间提供一间隙。此亦实现低质量。
根据一实施例，该第一层与该第二层系经由诸如一绝缘层，诸如氧化硅、氮化硅或聚合物，之一中间层，在该基材之一区域中彼此连接。在介于该空腔在该第一桁条与该第四桁条之间、介于该第二桁条与该第五桁条之间以及介于该第三桁条与该第六桁条之间的一区域中移除该中间层。这致使该等第一、第二及第三桁条能够相对该等第四、第五及第六桁条独立移动。
根据一实施例，该等第一、第二及第三桁条形成该可移动层结构之一第一可移动元件。该等第四、第五及第六桁条形成该可移动层结构之一第二可移动元件。该第一可移动元件系沿着该移动方向相对该第二可移动元件采可移动方式布置。这实现该可移动元件之个别偏转，在感测及致动两方面都提供高自由度。
根据一项实施例，可一方面在该第一桁条与该第三桁条之间且另一方面在该第四桁条与该第六桁条之间施加不同电位。替代地或另外，可一方面在该第二桁条与该第三桁条之间且另一方面在该第五桁条与该第六桁条之间施加不同电位。这致使能够独立评估及/或控制该可移动元件，例如异相或相位偏移。
上述实施例有些系描述成使得该第二层系结构化成桁条，并且相较于该第一层，有效面积系借助附加桁条面积来扩大。特征可替代地或另外与一发明设备组合之进一步实施例系有关于该第二层提供一电阻器结构以供与该空腔中之一流体相互作用之事实。为此，可足以采用一电气被动方式来组配该电阻器结构，其实现简单之实作态样。同时，可减少或防止该电阻器结构与外部区域之间的拉入效应。
根据一实施例，该第一桁条、该第二桁条及该第三桁条形成一可移动元件。该第二层形成用于与该空腔中之一流体相互作用之一电阻器结构。该电阻器结构系机械性连接至该可移动元件并且通过该可移动元件来共同移动。这致使能够通过该电阻器结构之附加布置结构来扩大实际有效外观比，其中这可凭借简单且精确之程序来实施。
根据一实施例，该电阻器结构系借助一中间层连接至该第一层。这致使能够通过从一堆迭结构形成该MEMS来实现一简单组态。
根据一实施例，除了该等第一、第二及第三桁条以外，该第一层还包括一背负元件，该背负元件系于面离该第三桁条之一侧面上机械性固定至该第一或第二桁条，亦即于该桁条布置结构外侧平面内机械性固定。该电阻器结构至少部分地布置在该背负元件上。这致使能够将该电阻器结构布置在不必然主动电气变形之一元件上，使得需要一低度变形能量才能使该电阻器结构变形。
根据一实施例，该背负元件系机械性固定至该第一、第二或第三桁条。该电阻器结构至少部分地布置在该背负元件上。这实现一简单之生产。
根据一实施例，该背负元件系经由一耦合元件机械性连接至该第一或第二桁条，其中该耦合元件系布置在于该可移动元件之一最大偏转区域中之该主动元件变形期间至多稍微变形之一区域中，并且该可移动元件未布置在发生一高度材料应变处。这致使能够防止供耦合元件及/或电阻器结构变形用之非必要高机械能。
根据一实施例，该电阻器结构包含垂直于该移动方向并且沿着该可移动层布置结构之一轴向延伸方向平行于该基材平面布置之数个部分元件。这致使能够减小该电阻器结构之有效劲度，使得低力足以影响该电阻器结构之变形。替代地或另外，这致使能够减少或防止个别部分元件之间的机械性相互作用。
根据一实施例，该等部分元件在投射到垂直于该基材平面并且垂直于该移动方向之一平面中之一投影中彼此相隔一距离。这实现变形期间之接触自由度及/或该电阻器结构之一小质量。
根据一实施例，该距离为至多100μm、优选为至多10μm、以及尤其优选为至多2μm。如似壁件结构，这实现该电阻器结构之低流体损耗或流体效应。
根据一实施例，该等部分元件系择一牢固地机械性连接至该第一桁条或连接至该第二桁条或连接至该第三桁条。这通过缩减或防止一对角线移动流体点来实现低流体损耗。
根据一实施例，该等部分元件系布置在该第一桁条、该第二桁条及该第三桁条中之至少两者上。尽管沿着该移动方向有效之壁件可通过关于沿着深度方向偏移而布置之该等部分元件来衰减，该电阻器结构仍在桁条处实现一完全或部分对称质量分布。可能不利效应可通过投射到垂直于该基材平面之上述平面中之一投影中之部分区域之一重迭来补偿。
根据一实施例，介于该电阻器结构与该基材之间的一第一距离大于沿着或相反于该移动方向介于该第一桁条与该第三桁条之间的一第二距离。由于可采用一被动方式来组配并为了流体相互作用而实施该电阻器结构，因此可省略受外观比限制之间隙结构之布置结构。由此，总之，更大之间隙是有可能的，使得无需复杂处理便可沿着z方向取得大有效尺寸，这有所助益。
根据一实施例，该第一距离比该第二距离大至少1至20、优选3至10、尤其优选5至7之因子范围。
根据一实施例，该第二层包含垂直于该基材平面，诸如沿着z，之一层盖，其比该第一层大至少1至20、优选3至10、尤其优选5至7之一因子范围。这实现特别有效之MEMS。
根据一实施例，针对该第一层之层厚度与介于该第一桁条与该第三桁条或该第二桁条与该第三桁条之间的一距离，该第一层之一外观比小于40，这致使能够进行简单之程序控制。
根据一实施例，该电阻器结构系布置在该第一层之一第一侧面上之一第一电阻器结构。再者，该MEMS包含布置在该第一层之一第二侧面上之一第二电阻器结构，该第二侧面系相反于该第一侧面而布置。这通过扩大两侧面上之流体有效面积来实现该MEMS之特别高有效性。
根据一实施例，该电阻器结构为了布置在该空腔中之一流体而提供一液阻，其对于如扬声器或泵之致动器实作态样特别有助益，但对于诸如麦克风之感测实作态样或诸如MEMS THz波导之其他实作态样亦特别有助益。
根据一实施例，可将该电阻器结构与附加桁条层之优点组合。为此，该可移动层布置结构包含结构化成第四、第五及第六桁条之一第三层，使得实施两个桁条层以及至少一个电阻器结构，其致使能够进一步提升效率。
在这里，可机械性连接该等第一、第二与第三桁条以形成一第一可移动元件，同时机械性连接该等第四、第五与第六桁条以形成一第二可移动元件。
根据一实施例，该第一可移动元件系机械性连接至该第二可移动元件，其在考量外观比之技术限制时实现更高之外观比，并且由于高力已经可通过低电压来产生而实现更低之操作电压。
根据一实施例，该电阻器结构系一第一电阻器结构，其中该MEMS包含连接至该第二可移动元件之一第二电阻器结构。一方面，这可通过个别控制及/或感测或凭借不同可移动元件之一检测来实现高灵活性，并且实现简单生产，该等不同可移动元件之有效面积在两侧面上都扩大。
根据一实施例，该第一可移动元件及该第二可移动元件系沿着垂直于该基材平面之一方向彼此相邻布置且布置在该第一电阻器结构与该第二电阻器结构之间。这致使能够将可能被动电阻器结构布置在可能连接至接地之结构外侧，使得可防止低吸引作用力及拉入效应。
根据一替代实施例，该第一电阻器结构及该第二电阻器结构系彼此相邻布置，并且系在该第一可移动元件与该第二可移动元件之间沿着垂直于该基材平面之一方向布置。这在该等可移动元件之间实现一大距离，并且因此实现低电气交叉影响。
根据一实施例，该第一电阻器结构与该第二电阻器结构可相对彼此移动，这尤其在致动器实作态样中，对于可彼此独立控制该等可移动元件有助益。
根据一实施例，该可移动层结构包括箝位于该基材之一个侧面上之一挠曲桁条结构。箝位于一个侧面上之一挠曲桁条结构在自由端处实现大偏转，其特别有助益，因为根据以上实施例，拉入效应得以减小或防止，可为了该防止而在两个侧面上提供箝位，这里可防止该幅度减小。
根据一实施例，该第一层及该第二层垂直于该基材平面之一层厚度至少为50μm。这实现特大MEMS。
根据一实施例，该可移动层布置结构之平行于该基材平面并且垂直于该移动方向之一轴向延伸方向被组配成使得对该移动结构之高度取得至少0.5因子之一尺寸，其尤其有助益，因为该尺寸或长度以与高度或厚度相同之方式影响效率。
根据一实施例，该空腔系通过至少一个开口流体性连接至该基材之外部环境，其中该至少一个开口系布置在该可移动层布置结构之一平面上。这致使能够为了其他目的而使用底层及/或盖层，因为可为了一开口除外之其他目的而使用晶片区域。
根据一实施例，该MEMS系组配为MEMS泵、为MEMS扬声器、为MEMS麦克风或为MEMSTHz波导。
根据一实施例，该MEMS包括被组配用以控制该可移动层结构之控制构件。
根据一实施例，该等第一、第二及第三桁条形成一第一可移动元件，其中该MEMS包含多个可移动元件，即至少两个可移动元件。该控制构件被组配用以个别控制多个可移动元件，其在实施该MEMS时实现高自由度。
进一步有助益组态系申请专利范围进一步附属项之标的内容。
附图说明
本发明之优选实施例将在下文参照附图来论述。其展示：
图1根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图；
图2根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中附加致动器厚度系通过附加电极来取得；
图3a根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中一第一层及一第二层之外部电极系经由一中间层彼此连接，而在内部电极中，该中间层系遭受完全移除或未布置；
图3b根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中相较于图3a之MEMS，该中间层系布置在该等内部电极之间，用以将这两个电极彼此牢固地机械性连接，但在该等外部之间却遭受移除；
图4a根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中该可移动层布置结构之该第二层包括例如由一基材层所构成之一电阻器结构；
图4b图4a之MEMS的一示意性截面图，其中该电阻器结构系牢固地机械性连接至一外部电极；
图4c根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中该可移动元件在该第一层之该等电极之一平面中包含一背负元件，该电阻器结构系经由一耦合元件与其牢固地机械性连接；
图4d根据再一实施例之一MEMS的一示意性俯视图，其中该耦合元件系布置在箝位于该基材之一个侧面上之可移动元件之一可自由偏转端上；
图4e图4d之一截平面A'A中图4d之MEMS的一示意性截面图；
图5a根据一实施例之一MEMS的一示意图，其中该可移动元件系牢固地箝位于两个侧面；
图5b图5a之MEMS处于该可移动元件之一偏转状态中的一示意图；
图6a根据一实施例之一MEMS的一示意性俯视图，其中该电阻器结构之部分元件系布置在该等电极之一上；
图6b根据一实施例之一MEMS的一示意性俯视图，其中该电阻器结构之部分元件系布置在该等电极之至少两者上；
图7a根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，例如图4a之MEMS，其穿过一盖层；
图7b根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其中用于将空腔连接至一外部环境之一开口系布置在该可移动层布置结构之一平面中之基材外侧；
图8a根据一实施例之一MEMS的一示意性截面图，其组合双组配电极及后结构或电阻器结构之特征；
图8b根据一实施例之MEMS的一示意性截面图，其中将两个可移动元件相对图8a之MEMS的相对方位交换，使得该等电阻器结构系彼此相邻布置；
图9根据一实施例之MEMS的一示意性截面图，其中不同层之电极系彼此连接并且具有一偏移；
图10根据一实施例之MEMS的一示意性截面图，其中不同层之电极系彼此不接触并且具有一偏移；
图11a组配为L-NED之一已知MEMS的一示意性截面图或一截面；
图11b图11a之MEMS的一示意性俯视图；以及
图12再一已知MEMS的一示意性截面图。
具体实施方式
在下文将基于图式更加详细论述本发明之实施例之前，应知，不同图式中功能上相等或相等之元件、物体及/或结构系设置有相同参考数字符号，使得不同实施例中所示之这些元件之说明系可互换或可互相适用。
以下参照MEMS转换器(MEMS＝微机电系统)。一MEMS转换器可包含一个或数个电活性组件，该电活性组件基于一所施加电量(电流、电压、电荷或相同者)使一机械性组件产生一变化，亦即产生一转换。此变化举例而言，可有关于机械性组件之一变形、加热或拉紧。替代地或另外，诸如变形、加热或拉紧等对组件之机械性冲击可导致可在该组件之电气端子处检测之一电气信号或电气信息(电压、电流、电荷或相同者)。一些材料或组件具有一互易性，这意味着该等效应可互换。举例而言，压电材料可包含反压电效应(基于一所施加电气信号之变形)及压电效应(基于一变形提供一电荷)。
下文所述实施例有些系有关于一电极布置结构形成一可移动元件之事实。在这里，可从电极布置结构之一变形取得可移动元件之移动。针对通过一可能互易性之感测功能，可组配一致动器组态，使得电极布置结构沿着一侧向移动方向巨观地变形，亦即一元件或区域可沿着该侧向移动方向移动。该元件或区域举例而言，可以是一桁条结构之一桁条末端或一中心区域。从微观上看，当使可变形元件沿着侧向移动方向变形时，该可变形元件可垂直于该侧向移动方向发生一变形。随后说明之实施例系有关于巨观方法。
下文所述之实施例有些系有关于经由机械性固定件彼此连接并且被组配用以基于一电位进行一移动之电极。然而，实施例并不受限于此，而是可包含任何类型之桁条结构，即被组配用以响应于一致动而提供经由一机械性固定件(致动器)转换成移动之一力、及/或诸如通过使用压电材料或其他受致动材料来检测一变形(感测器)的桁条。该等桁条举例而言，可以是基于一所施加电位而提供变形之静电、压电及/或热机械电极。
图1展示根据一实施例之一MEMS 10的一示意性截面图。MEMS 10包括一基材12，基材12举例而言，包含数个个别层之一层堆迭14，其中基材12通过部分地移除个别层，包含布置在基材12内侧之一空腔16。
层堆迭14可包括数层。举例而言，层堆迭14可包含一第一基材层181，其中一主动层或一装置层241系借助一中间层221布置于此，诸如通过接合来布置，其中层序列181、221及241举例而言，可对应于图11a关于所用材料及/或尺寸所示之层堆迭。经由再一中间层222，再一主动层242可形成层堆迭之部分。经由一中间层223，再一基材层182可形成层堆迭24之部分。层序列182、223及242举例而言，至少可针对层类型及层顺序，亦可能参照尺寸，镜射层序列181、221及241，使得两个半层堆迭系借助中间层222彼此连接。
在这里，所示层堆迭仅采例示方式示出。基材层181及182举例而言，可对应于层1002及1032。在这里，可将中间层221、222、及/或223形成为中间层1006。
层堆迭14可包括不同层及/或附加层，及/或可不包括所示层之一者或数者。因此，有可能未布置基材层181或182，或有可能经由一不同基材，产生例如一印刷电路板或相同者，该等进一步层系布置于此。尽管缺少层181及/或182，仍可在基材12中取得空腔16。
采例示方式，MEMS 10被组配成使得两个主动层241与242系经由中间层222彼此连接。主动层241及/或242举例而言，可包含导电材料，例如经掺杂半导体材料及/或金属材料。导电层之分层布置结构实现一简单组态，因为空腔16可通过选择性地从层241及242移除出去来取得，并且中间层222、及电极结构26a至26e可通过程序之一适当调整来保留。替代地，亦可能通过其他措施或程序，诸如通过在空腔16中产生及/或定位，将电极结构26a至26f完全或部分地布置在空腔16中。在那种状况中，电极结构26a至26f可形成为与层241及层242留在基材12中之部分不同之结构，亦即相同者可包含不同材料。
基材层181及182可包含开口281或282，该等开口各可提供如针对开口1026及1034所述之流体入口及/或流体出口。
因此，MEMS 10可包含穿过至少一个附加层之MEMS 2000，该附加层系根据所示实施例形成为主动层，并且举例而言，形成层242。
电极26a、26b及26c可采用一电气绝缘方式在分立区域处彼此固定，诸如针对图11b中之MEMS 1000所述，其中电阻器结构之部分元件系布置在该等电极上之至少两者上。响应于电极26a与26c之间的一电位，及/或响应于电极26b与26c之间的一电位，可移动元件32之一移动可沿着一移动方向34通过分立点处之机械性固定件来取得，其可例如对应于方向1024并且可布置在一笛卡尔x/y/z坐标系统之x/y平面中。x/y平面可以是定义平面内移动之权利要求，移动方向34沿着该平面内移动发生。
电极26d至26f可以是层242之其余部分，并且系垂直于与层241相邻之基材平面x/y布置。电极26a至26c至少部分地形成一层布置结构36之一第一层，其中电极26d至26f至少部分地形成层布置结构36之一第二层。
相较于尺寸1016，虽然介于电极26a与26c或26d与26f之间的间隙421以及介于电极26b与26c或26e与26f之间的间隙422因为可使用相同程序而如在MEMS 2000中具有相同或相当之尺寸，可移动层布置结构36沿着z方向之一尺寸38仍可扩大。间隙尺寸421及422与电极26a至26c或26d至26f沿着z方向之尺寸之间的一外观比举例而言，可与针对MEMS2000所述相同或类似，并且举例而言，可具有小于40之一值，尤其是大约30。然而，实际有效外观比可更高，因为尺寸38系通过并列布置层或电极26a至26f而未扩大间隙421及422来沿着z方向增大，例如加倍。
在这里，与经由中间层222组合之相应半层堆迭14之MEMS 10之z方向平行之一部分尺寸或部分高度441及442可沿着z方向大约对应于MEMS 1000之一相应尺寸。
在这里，电极26d至26f之一移动可采用不同方式取得。通过将电极26a与电极26d，例如电极26b与电极26e及/或电极26c与电极26f，成对机械性组合，可直接从可移动元件32之电极26a、26b或26c之移动取得牢固地机械性连接之其他电极之一相应移动。由此，可在电极26d至26f之层中省略机械性固定件461及462，其举例而言，可对应于MEMS 1000之元件1022。替代地或另外，亦有可能也在层242之平面中提供相应机械性固定件46，以便将电极26d至26f机械性地固定在分立位置或区域处。由此，可取得再一可移动元件，其可经由中间层422牢固地机械性连接至可移动元件32，其中亦可完全或部分地省略一相应连接。
换句话说，L-NED高度与L-NED间隙之比可加倍，举例而言，通过接合两个装置晶圆241与242来加倍，而不是通过将一装置晶圆(层22)与一盖晶圆(层181)接合来加倍，如图1所示，以使得图1展示接合之两个装置晶圆，以使得L-NED桁条系彼此机械性连接。以此方式，L-NED致动器之外观比加倍。此解决方案具有数项优点：
·在微型扬声器中，举例而言，将外观比加倍可导致声音位准提高6dB；
·加倍之L-NED高度可沿着z方向导致一更高之挠曲强度，这又针对垂直(沿着z方向)拉入效应导致一更低之灵敏度，并且实现一高设计自由度。这举例而言，可使L-NED桁条更长，这意味着相同者可沿着y方向具有一高轴向延伸。替代地或另外，可将L-NED桁条箝位于一个侧面上，而不是箝位于两个侧面上，其有所助益，因为箝位于一个侧面上之L-NED桁条比例如箝位于两个侧面上之L-NED桁条实现更大之偏转。
·虽然仍然可能，根据已知组态，一盖子非为绝对需要，这提供节省电位。
如果举例而言，重新参照根据图12之一已知MEMS，则一扬声器或一泵借助层10062来接合层1002、10061及1004之一装置晶圆(称为技术1)与一盖晶圆1032(称为技术2)。在这里，需要两种不同技术或生产步骤才能生产盖子及装置晶圆。相比之下，根据图1之MEMS 10可仅使用这些技术之一(技术1)来生产，因为接合之两组件(441及442)都是装置晶圆，并且因此系凭借相同技术1来生产。这意味着可省略使用技术2，其实现简单之生产。盖晶圆之角色现通过182来实现。
在这里，应知，如盖子或底端之用语仅用于更加区分本文中所述MEMS之个别元件，并且既不限于一特定设计，也不限该等层在空间中之一方位。再者，应知，采例示方式论述之沿着z方向之尺寸加倍系可能组态之一。层241及242可具有相同或不同尺寸，两者都有关于基材12中之面积，也有关于空腔16中之面积。
图2展示根据一实施例之一MEMS 20的一示意性截面图，其中中间层222一方面在电极26a、26b与26c之间遭受移除，并且另一方面在电极26d、26e与26f之间遭受移除。
像在MEMS 10中一样，主动层242系结构化成沿着与相邻于电极26a、26b或26c之基材平面垂直之z方向布置之电极26d、26e及26f，然而，电极26d及26f可经由机械性固定件463在一分立位置处牢固地彼此机械性连接，并且电极26e及26f可经由机械性固定件464彼此机械性连接，使得关于遗漏或移除之中间层222，层布置结构2可包含可移动元件321及322，其沿着z方向导致相同或相当之有效尺寸38，但却能够对可移动元件进行一不同控制。
根据一实施例，一方面可在电极26a与26c之间且另一方面可在电极26d与26f之间施加不同电位。替代地或另外，一方面可在电极26b与26c之间且另一方面可在电极26e与26f之间施加不同电位，其可导致可移动元件321及322之不同移动。这意味着相应电极在电流方面呈现分离，及/或仅在诸如特定应用积体电路(ASIC)之一任选控制构件中才有接触。
换句话说，上装置晶圆之L-NED桁条未直接连接至底端装置晶圆之L-NED桁条。可分离控制这两个L-NED桁条。
图3a展示根据一实施例之一MEMS 301的一示意性截面图，其提供MEMS 10及20之一组合性组态，其中电极26a与26b以及电极26b与26e系经由中间层222彼此连接，而介于电极26c与26f之间的中间层222系完全或部分地遭受移除或未布置，以便使电极26c与26f彼此隔开。这导致电极26a与26d以及26b与26e之一共同移动，使得机械性固定件46(图3a中未示出)可布置在任何位置上，诸如根据图2之组态来布置，其中，举例而言，也有可能省略个别机械性固定件，因为一移动转移亦可通过介于该等电极之间的中间层222发生。
图3b展示根据一实施例之一MEMS 302的一示意性截面图，其中，相较于MEMS 301，中间层222系布置在电极26c与26f之间以便牢固地机械性连接这两个电极，但却在电极26a与26b之间及/或在电极26b与26e之间遭受移除。在这里，亦可省略图2所示机械性固定件46中之一些，举例而言，可省略介于电极26a与26c之间及介于电极26e与26f之间、或介于电极26b与26c之间及介于电极26d与26f之间的机械性固定件。一移动转移可经由介于电极26c与26f之间的机械性固定连接发生。
换句话说，顶端装置晶圆之L-NED桁条可仅部分地直接连接至底端装置晶圆之L-NED桁条，根据图3b仅中间电极且根据图3a仅外部电极。
实施例提供电极26a与26d、电极26b与26e以及电极26c与26f中之至少一对电极系经由布置在该等层之间的一中间层222彼此牢固地机械性连接之任何组态。任选地，此层亦可如基于图2所述完全遭受移除。
上述MEMS 10、20、301及302包括彼此上下布置或堆迭之两个主动形成之层，以便增大尺寸38与间隙42之外观比。虽然这些MEMS系通过使用借助一中间层彼此连接之两个主动层作说明，诸如氧化硅或氮化硅或聚合物或相同者，但实施例仍不受限于此，而是亦能够布置任意数量的附加进一步层，诸如三个以上、四个以上、五个以上、或更多个。
在下文中，请参照本发明之进一步实施例，其中外观比系通过可能被动之其他层来增大。
图4a展示根据一实施例之一MEMS 40的一示意性截面图，其中可移动层布置结构36之第二层包括一电阻器结构48，电阻器结构48举例而言，系由留在、布置于或未移离空腔16之区域且系连接至电极26a、26b及/或26c中之至少一者的基底层18所构成，以便针对电极26a、26b及26c提供一附加液阻。举例而言，可在一选择性蚀刻方法期间维持电阻器结构48。相较于电极26a、26b及26c沿着z方向例如可对应于高度1016之高度52，可移动元件32之一有效高度54可通过电阻器结构48来增大，这有所助益。
尺寸52举例而言，可介于1μm与1mm之间、优选为介于50μm与400μm之间、以及尤其优选为介于70μm与150μm之间。请参照图1，这可导致大约两倍大小之一尺寸38，原因在于新增中间层222，其可具有数μm之一尺寸，诸如1μm、2μm或10μm。以此方式，尺寸56亦可为至少50μm、至少100μm或至少200μm。
在这里，电阻器结构48之一高度或尺寸56可非常大，尤其是在考量y轴之一位置处沿着一x方向之电阻器结构48之一选择性布置结构时。以此方式，用于此之一外观比系通过介于基材层18与电阻器结构48之间的间隙或空穴581作说明，及/或介于基材层18与电阻器结构48之间的482相对电阻器结构48之高度56亦可具有限制比大约小于40之一值，举例而言，小于35或小于30或更小，亦即尺寸52可比间隙421及/或422大此因子。考量间隙581至582比介于电极26a至26c之间的间隙421及/或422大很多，此外观比可导致沿着z方向之尺寸56相较于尺寸52亦大很多。尺寸56在空腔之区域中亦可称为层18之层厚度，因此，电阻器结构可比电极26a至26c之区域中层24之尺寸52大至少2、至少3、至少4或更大之一因子。
换句话说，图4a展示具有后结构之L-NED桁条，其中该后结构系置放在中间电极下面。
尽管图4a中布置可移动元件32之诸中间电极26c之一之电阻器结构，图4b仍示出有电阻器结构48牢固地机械性连接至电极26b之MEMS 40的一示意性截面图。替代地或另外，电阻器结构48之至少部分亦可诸如经由中间层22牢固地机械性连接至电极26a。
根据图4a及图4b之例示可有关于电阻器结构48仅布置在电极26b或26c之一上之不同MEMS。替代地，电阻器结构48亦可结构化成使得图4a及图4b之例示沿着y轴展示不同位置，如将在下面更详细所示。
电阻器结构48或其部分元件系牢固地机械性连接至可移动元件32，使得电阻器结构48与可移动元件32一起移动。
换句话说，图4b以截面展示置放于外部电极下面之后结构。
图4c展示根据一实施例之一MEMS 40'的一示意性截面图，其中可移动元件32在电极26a至26c之一平面中包含与电阻器结构48牢固地机械性连接之一背负元件62，诸如通过中间层22之部分来连接。背负元件62可由与层24相同之材料所构成，即电极26a至26c，但亦可由不同材料所构成。举例而言，提供机械性固定之一耦合元件64可布置在与背负元件62牢固地机械性连接之电极26b与背负元件62之间。耦合元件64举例而言，可提供电气绝缘，然而，其为任选之电气绝缘。耦合元件64也有可能横跨沿着y方向之至少一区域沿着x方向至少表示一局部加宽，诸如以一局部增厚之概念表示，然而，其可导致与所产生静电力有关之不对称性。优选的是，背负元件62系布置在电极26b面离电极26c之一侧面上。替代地，背负元件62亦可牢固地机械性连接至电极26a，优选为在面离电极26c之一侧面上连接。两种实作态样亦可予以组合，并且可与关于MEMS40之陈述组合，这意味着电阻器结构48可完全或部分地布置在背负元件62上。
耦合元件64及/或局部加宽优选为可沿着y方向布置在当主动元件或可移动元件32变形时至多稍微变形之区域中，该区域可以是可移动元件之一最大偏转区域。这意味着耦合元件64优选为不布置在可移动元件发生一大材料应变度之处。至多稍微变形之区域与积极变形之区域之间的移动幅度或应变幅度举例而言，可提供2:1、3:1或4:1之一比率。
类似于MEMS 40，介于电阻器结构48与基材，即层18，之间的距离可大于通过间隙421与422作说明之该等电极之间的距离。该距离优选为可比第二距离大至少三之一因子，优选为至少四或至少16之一因子。
电阻器结构48可为布置在空腔16中之一流体提供一液阻。虽然所示MEMS 40及MEMS 40'使得电阻器结构48仅沿着负z方向布置在电极结构26a至26c之一个侧面上，这些实施例仍亦有关于沿着正z方向布置电阻器结构。进一步实施例系有关于两种实作态样之一组合，使得布置再一电阻器结构，其系分别沿着层24及电极26a至26c之正z方向及负z方向布置在两侧面上。
为了控制流体从空腔16出来之一移动方向，举例而言，例如图3a及3b中所示之附加盖层181及/或182可布置并设置有相应开口。虽然本文中所述之实施例中之开口系示出为层堆迭之外部层之部分，替代地或另外，开口仍可侧向地例如设置在MEMS 10、20、301或302之层241及/或242中、及/或设置在MEMS40或40'之层24及/或18中。这致使能够省略具有开口之一相应盖层及/或相应硅区域之其他使用。
应知，图4a、4b及4c中未示出机械性固定件46。
换句话说，图4c在截面中展示侧向于电极置放之后结构。
图4d展示根据再一实施例之一MEMS 40”的一示意性俯视图，其中耦合元件64系布置在箝位于基材121之一个侧面上之可移动元件32之一可自由偏转端上，基材121将该可移动元件或其可自由偏转端连接至多个电阻器结构481、482，电阻器结构481、482在MEMS之空腔之一凹穴65中形成可移动之一梳状结构。
图4e展示图4d之MEMS 40”在图4d之截面A'A中的一示意性截面图，其中清楚可见的是，可移动元件32沿着相邻于一基材122之z方向移动，并且诸如在基材上面进行平行于移动方向38之一擦拭移动。经由上有例如通过使用中间层22布置电阻元件481、482及483之耦合元件64，电阻元件亦可在空腔之凹穴65中沿着移动方向38移动。凹穴65可通过基材122沿着x方向侧向受限，使得可防止可移动元件32及/或其电极沿着z方向之一相应外观比或一尺寸。基材122举例而言，包含大于75μm、大于150μm或大于300μm之一尺寸67，举例而言，与电阻器结构481、482及483大小相同。这意味着代替借助可移动元件32之直接流体相互作用，改为经由梳状结构之间接致动或感测，由于电阻器结构481至483之间的距离691及692大，电阻器结构481至483可分别组配为大电阻器结构，同时维持相应之外观比。耦合元件64实现可移动元件32向梳状结构之移动之一转移。
换句话说，后结构系装配在耦合元件64之一可移动但未变形部分上，其在变形之可移动元件NED处移动。
由此，对于变形之结构而言，沿侧向偏转方向之一劲度增大可非动作有效，亦即可予以防止，因此，不会发生偏转减小。然而，垂直拉入效应或风险减小之优点得以维持。在这里，通过电阻器结构增大劲度变为有效。NED与后结构之连接系经由一耦合元件来施作。在这里，MEMS 40”中电阻器结构之数量系≥1之任意数量。梳状结构沿着移动方向38之一侧向尺寸71可大于150μm、大于300μm或大于600μm，例如725μm。
图5a展示根据一实施例之一MEMS 50的一示意图，例如从一底面看的一俯视图。包括可经由位处分立位置之机械性固定件461至468彼此牢固地机械性连接之电极26a、26b及26c的可移动元件可牢固地箝位于两个侧面上。电极26a及26c可彼此电气连接及/或电流性连接，举例而言，原因在于其系由相同之连续层24所形成。然而，电极26可通过使用绝缘区域661及662而与电极26a及26b电气绝缘，以便能够施加与电极26a及26b不同之电位。
图5b展示与图5a相当之MEMS 50的一视图，其中可移动元件在图5b中有偏转。可移动元件之一挠曲方向，诸如沿着正x方向，可经由机械性固定件46之方位来调整。
如有关图4a之上下文所述，电阻器结构48可牢固地机械性连接至电极26c，并且可与相同者一起移动。图5b之视图展示可移动元件之偏转亦可导致电阻器结构48之偏转，由此，只要MEMS 50系致动器操作之MEMS，便可移动一高度流体。在一操作感测模式中，一低度移动流体，即小力，可足以造成所示偏转。
电极26a、26b及26c之一轴向延伸以及因此平行于基材平面并且垂直于移动方向34，例如沿着y，之可移动层布置结构相较于该可移动层结构沿着一厚度方向z之一尺寸，可至少为0.5、优选为至少0.6、以及尤其优选为至少0.7之一因子。替代地或另外，沿着y之尺寸可具有范围在至少10μm且至多5000μm内、优选为至少100μm且至多2000μm内、尤其优选为至少400μm且至多1500μm内之一值。
虽然MEMS 50系示出成使得可移动元件系箝位于两个侧面上，但箝位于一个侧面上亦有可能。
换句话说，一电阻器结构之使用系增大NED装置效率之一附加或替代选项。在L-NED桁条之所示状况中，可使用小于30或大约30之常见外观比，使得取得尽可能小之NED间隙42。该等实施例系针对在L-NED桁条之前端及/或后端另外结构化一被动后结构或电阻器结构。该后结构系部分或完全地连接至L-NED桁条。当L-NED桁条移动时，后结构也随之移动，由此，与单独通过L-NED桁条相比，随着流体移动，液体或空气多更多。由于后结构系直接连接至L-NED电极，因此在L-NED桁条偏转期间，后结构之形状与桁条本身完全相同。这意味着后结构之偏转或弯曲可与一L-NED桁条之一完全相同。
基本上可将后结构制成如期望一般高，亦即尺寸56可具有任何大小。相同者举例而言，可与手柄晶圆之厚度一样大，这意味着，例如至少300μm、至少500μm或至少600μm或更大，因为此结构不再受L-NED限制，即狭窄之间隙及<30之外观比。后结构可通过更宽之间隙(沟槽)采用一简单方式从BSOI晶圆之后端结构化。该后端上之沟槽仍然受生产特定限制(例如，具有<30之一外观比的一Bosch限制)，因为可将沟槽施作得更宽，尤其是当沿着沟槽方向仅使用一个电阻器结构时，亦可将相同者蚀刻得更深而导致大尺寸56。显然，后结构亦可予以在外部L-NED电极26a或26b下面生产，或如图4c所示，甚至生产为平行于L-NED桁条之单独结构。根据一非限制实例，L-NED高度52可以是75μm且后结构高度可以是600μm。由此，与单独之L-NED结构相比，一相应结构可移动八倍之空气。以一微型扬声器来说明，这对应于多了大约18dB之声压级。这是在附加后结构不显著影响L-NED桁条之偏转的假设下发生。为了确保这一点，实施例的设计旨在保持后结构沿侧面方向之劲度，亦即沿着x方向或沿着移动方向34之劲度尽可能低，其举例而言，可通过沿着此方向偏薄之电阻器结构48来取得。电阻器结构48沿着方向34之一例示性尺寸举例而言，为至多100μm、至多50μm或至多1μm。为了不显著影响整个系统之惯性及侧向挠曲劲度，只要后结构具有机械稳定性，后结构便可做得尽可能薄。侧向偏转由于将后结构连接至L-NED桁条而造成的损耗可通过使用沿着y方向之更长尺寸、及/或通过代表系统设计附加自由度之一更柔软箝位来替代地或另外补偿。
换句话说，图5a及图5b展示从底端看的俯视图，其中L-NED桁条(箝位于两个侧面上)系示出成处于一静置状态或一非偏转状态及一偏转状态。后结构48恰好跟随L-NED桁条之移动及/或挠曲/弯曲。
图6a展示根据一实施例之一MEMS 60的一示意性俯视图，其中可移动元件32系布置为箝位于一个侧面上，由此挠曲桁条结构之一自由端68比箝位于两个侧面上之MEMS 50之挠曲桁条之一中央区域，可沿着移动方向34具有一较大偏转。
与其无关，MEMS 60包含用于使电阻器结构48之劲度减小之构件。为此，电阻器结构可包括布置在一个或数个电极26a、26b及/或26c上，至少两个、至少三个、至少五个或至少10个等任意个数或更多个部分元件48a至48j。以此方式，举例而言，部分元件48a至48j系沿着相同者之y方向沿着一轴向路线布置在中央电极26c上。基于电阻器元件48之结构化，部分元件48a至48j以距离72a至72i彼此隔开，这使得劲度减小，亦即通过电阻器结构所致之劲度增大量保持偏低或降到最低。距离72a至72j可相等或不同，并且举例而言，可为至多100μm、至多50μm或至多5μm，用以在沿着轴向延伸方向y垂直于移动方向34布置之部分元件48a至48j沿着移动方向34移动时，防止流体损耗或至少使其保持偏低。
根据替代实施例，电阻器结构48之部分元件48a至48j可全部牢固地机械性连接至电极26a或连接至电极26b或连接至电极26c。
图6b展示根据一实施例之一MEMS 60'的一示意性俯视图，其中部分元件48a至48i系布置在电极26a、26b及26c中之至少两者上，在所示实施例中，部分元件系布置在电极26a、26b及26c中之各者上。该等部分元件系沿着轴向延伸方向y采用一分散式方式布置，以便在空腔中提供流体阻力。将相同者布置在不同电极26a、26b及/或26c上导致再一自由度，原因在于部分元件48a至48i之投影48'a至48'i在平行于轴向延伸方向且垂直于基材平面布置之一平面74中重迭，举例而言，平行于y/z平面，亦即没有距离，举例而言，如针对投影48'a及48'b所示。虽然投影48'a至48'i有些与相邻投影可具有距离，但相邻投影具有一重迭仍有所助益。
与固定件461至468一方面系对称地布置在电极26与26c之间，另一方面系对称地布置在电极26b与26c之间的图6a不同，图6b中之固定件461至467可不对称，举例而言，用以调整对可移动元件之移动外形及/或负载外形之一适应。
虽然部分元件48a系布置在电极26a上并且部分元件48b系布置在电极26b上，但仍沿着移动方向34取得流体阻力。劲度降低系通过划分或分段来取得。然而，同时，该等投影之间的重迭76实现低流体损耗。当考量投影48'b及48'c包含，而不是重迭76，优选为与距离72a至72h对应调整以使流体损耗保持低之一距离78时，此为一任选特征之事实变得清楚。
换句话说，另外有可能沿着后结构对其进行划分，以显著减小对沿移动方向劲度增大之贡献，从而防止侧向偏转。在这里，该等划分系以中断来示出，其流体效率(防止一显著声学短路，可能之衰减调整)可通过一相应几何选择(小间隙，即距离72)来具体调整。本质上，选择足够小之间隙有所助益。由于外观比之限制及因此给定之最小中断宽度以及相应之流体损耗，如图6b所示将后结构交错地附接至电极可有所助益，使得采流体方式组建一壁件，而由于该等投影重迭之事实，仍然可显著降低劲度，并可维持技术界线条件。
换句话说，图6a及6b展示具有中断之后结构。示出基于一后结构之一微型扬声器或微型泵之结构，亦即图4a至图4c之后结构可在顶端及/或底端包含一盖层，并且可设置有入口及/或出口。
图7a展示根据一实施例之一MEMS 701的一示意性截面图，其举例而言，通过可借助进一步中间层或接合层821及822连接至层18或24之所述盖层781及782来补充图4a之MEMS40。层781及782可采用与层18相同之方式来形成。接合层821及822可采用与中间层22相同或类似之方式来形成。介于可移动元件之外部电极26a及26b与基材12之间的一距离84可大于间隙421至422，使得高度52没有实质限制。
换句话说，在一微型扬声器及/或微型泵中，后结构提供再一重要设计优势。如上述，诸如根据MEMS 2000之已知微型扬声器蒙受所谓的垂直拉入效应。这意味着驱动电压可能不会高到致使L-NED桁条被拉向顶端或底端并与盖层接触，亦即发生垂直拉入效应。L-NED结构沿着z之垂直方向劲度越强，在不发生垂直拉入之情况下驱动电压可越高。垂直拉入对于箝位于一个侧面上之L-NED桁条尤其至关重要。在一正常状况中，箝位于一个侧面上之L-NED桁条至少在自由端会比箝位于中心之两个侧面上之桁条偏转程度更大。然而，当与在箝位于两个侧面上之相当L-NED桁条中相比，由于垂直拉入效应而选择更小驱动电压时，有可能部分失去此优势。
L-NED结构之垂直劲度可能主要由厚度/高度、由L-NED桁条之长度及箝位来界定。桁条越厚且越短及/或箝位之劲度越高，则桁条对垂直拉入越不敏感。然而，如所论述，不能选择具有任何大小之L-NED桁条之厚度，因为生产过程相应地有所限制，诸如Bosch程序之限制。桁条之长度也不能选择太短，箝位之劲度也不能太低，因为这会限制侧向偏转。这意味着为了取得高偏转，关于设计，对于微型扬声器及微型泵，期望具有低劲度箝位之长桁条。然而，这由于垂直拉入而限制驱动电压。因此，通过选择长桁条及低劲度而已在偏转方面取得之优势可能通过因垂直拉入效应导致的驱动电压降低而再次部分失去。
所论述之后结构/电阻器结构为上述难题提供一解决方案。由于可选择任意大小之后结构高度，例如比L-NED桁条大八倍，因此总体结构之劲度沿垂直方向通过后结构而显著增大，并且主宰总体劲度。由此，为了设计L-NED桁条之长度及/或箝位而取得附加空隙。举例而言，为了取得更大之侧向偏转，可将桁条设计得更长，并且可将箝位设计得更柔软。关于垂直拉入效应所产生之缺点系接着通过后结构之高度来补偿。此优点既适用于箝位于一个侧面上之L-NED桁条，也适用于箝位于两个侧面上之L-NED桁条。
图7b展示根据一实施例之一MEMS 702的一示意性截面图，其中用于将空腔16连接至基材12外侧一外部环境88之开口282系布置在可移动层布置结构之一平面中，这意味着相同者至少部分地与电阻器元件48及/或电极26a、26b及26c之层24及/或中间层22重迭。此一侧向布置之开口可能够为了一开口除外之其他目的而使用层782。替代地或另外，开口281亦可侧向布置。一个或数个开口之一侧向布置结构在本文中所述之所有MEMS中是有可能的而没有任何限制。开口281及282亦可布置在可移动层布置结构之区域中两个侧面上所箝位之一桁条之箝位之区域中、或布置在可移动层布置结构之一个侧面上所箝位之一桁条之经箝位且可自由移动端之区域中。
图8a展示根据一实施例之一MEMS 801的一示意性截面图，其组合双电极及后结构或电阻器结构之特征。这亦可视为举例而言，使得在MEMS 701之上下文中所述之空腔16中之可移动结构亦加倍，及/或使得MEMS 10、20、301或302另外设置有该电阻器结构、或设置有数个电阻器结构。以此方式，举例而言，可在经由中间层222彼此完全或部分地连接之电极26a、26b及26c或26d、26e及26f中结构化层241及242。由此，可取得可经由连接至中间层222而彼此牢固地机械性连接之两个可移动元件321及322。一相应电阻器结构481或482可牢固地机械性连接至相应之可移动元件321及322或可以是其部分。在这里，电阻器结构481及482可采用相同或不同方式来组配，例如通过结构化成不同数量之部分区域、电阻器结构或其部分区域在不同电极处之一布置结构、及/或沿着z方向之不同尺寸来组配，因为对于可移动元件321及322之所有层全都有可能。
MEMS 801可被组配成使得可移动元件系在第一电阻器结构481与482之间沿着垂直于基材平面之方向z相对电极布置26a至26c及26d至26f彼此相邻布置。
图8b展示MEMS 802的一示意性截面图，其中可移动元件321及322针对MEMS 801互换相对方位，使得电阻器结构481及482系彼此相邻且在可移动元件321及322与电极布置结构26a至26c及26d至26f之间沿着垂直于基材平面之z方向布置。虽然介于电阻器结构481与482之间的中间层222系示出为遭受移除，仍亦可为了电阻器结构481与482之间的机械性固定而提供相同者。然而，在所示变例中，电阻器结构481及482可相对彼此移动，其实现不同控制。两电阻器结构都可连接至实现或控制此移动之一主动结构，诸如经由可移动元件321及322来连接。为了MEMS 801及802而提供之一控制构件可被组配用以个别或共同地控制可移动元件321及322。可为了本文中所述之任何其他MEMS而提供控制构件86，以控制可移动层结构。
换句话说，可将堆迭电极与后结构之想法组合以取得甚至更高之声压级。图8a及8b中示出例示性组合。这又可使可移动体积加倍，亦即，以微型扬声器来说明，可取得6dB之额外音量。这意味着堆迭与后结构之组合可在理论上将音量提高大约25dB(2x9)，其中假设这项实例中所述为20*log(2*9)＝25dB，2用于将音量加倍且9为所取得总高度(600+75)/75之因子。在根据图8a之这种结构中，甚至可将垂直拉入完全消除。当后结构481及482以及盖子781及782系连接至接地时，可防止后结构与盖晶圆之间发生电动力，亦即实际上可不再发生垂直拉入。
虽然图8a及8b展示两个L-NED-T致动器之堆迭，其中T指出电极与电阻器结构组合之形状，此概念可依照任何方式延伸，使得举例而言，可新增进一步附加电极结构或L-NED致动器。
图9展示根据一实施例之一MEMS 100的一示意性侧视截面图，其中电极或桁条26a、26b及26c系分别相对布置在相邻层中之桁条或电极26d、26e及26f分别偏移一可能电极个别偏移量911、912及913，其中该偏移对于两个或数个元件亦可替代地具有相同量，或亦可沿着x方向指向不同方向。
层241及242以及从这些层结构化之可移动元件321及322系例如经由中间层221及222彼此连接。实施例包括距离911、912及913不必假设相同值，但可如此做。
图10在一实施例的一截面图中展示以桁条形式结构化之层241及242形成可移动层布置结构36。与图9类似，桁条911、912及913之距离最大为100μm、优选为50μm、尤其优选为5μm。
本发明之实施例亦有可能在后结构之平面中侧向地设计入口及/或出口，使得盖子及底板平面可用于电气信号分布。由此，可取得一优选增大之填装密度。
实施例使一基于L-NED之致动器实现横向或交叉区域之高扩大，例如16倍。对于一发明性微型扬声器，这可产生高达24dB之一声级，其为一显著量。除此之外，该效应对于发明性微型泵亦有所助益。由于总体结构之高度系由后结构所增大，因此垂直拉入电压大幅增加。一更高之拉入电压可提供数种设计自由度，举例而言，使L-NED长度更长并使箝位(位在一个侧或两个侧面上)更柔软，以取得一更大之NED偏转。除了泵、扬声器及麦克风外，其他应用亦有关于用于高频之MEMS波导，尤其是在THz范围内。
虽然已以一设备为背景说明一些态样，明显可知的是，这些态样也代表对应方法之一说明，使得一设备之一程序块或装置对应于一相应方法步骤或一方法步骤之一特征。类似的是，以一方法步骤为背景说明之态样也代表一对应程序块或一对应设备之细节或特征的说明。
上述实施例对于本发明之原理而言只具有说明性。了解的是，本文中所述布置与细节的修改及变例对于所属技术领域中具有通常知识者将会显而易见。因此，意图使本发明仅受限于随附专利权利要求之范畴，并且不受限于通过本文中实施例之说明及解释所介绍之特定细节。

Claims (38)

1.一种MEMS，包括：
一基材(12)，包含一空腔(16)；
一可移动层布置结构(36)，布置在该空腔(16)中，该空腔包括一第一桁条(26a)、一第二桁条(26b)及布置在该第一桁条(26a)与该第二桁条(26b)之间并固定在与之电气绝缘的分立区域处的一第三桁条(26c)；
其中该可移动层布置结构(36)被组配用以响应于该第一桁条(26a)与该第三桁条(26c)之间的一电位、或响应于该第二桁条(26b)与该第三桁条(26c)之间的一电位而在一基材平面中沿着一移动方向(34)进行一移动；
其中第一、第二及第三桁条(26a-c)是该可移动层布置结构(36)的一第一层(24；241)的部分，并且该可移动层布置结构包含沿着垂直于该基材平面的一方向(z)相邻于该第一层(24；241)布置的一第二层(242；18)，其中该第二层(242；18)沿着该移动方向(34)采可移动方式布置。
2.根据权利要求1所述的MEMS，其中桁条(26a-c)是静电、压电、热机械电极。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS，其中该第二层(242)结构化成一第四桁条(26d)、一第五桁条(26e)及一第六桁条(26f)，其中该第四桁条(26d)相邻于该第一桁条(26a)布置；并且该第五桁条(26e)相邻于该第二桁条(26b)；以及该第六桁条(26f)沿着垂直于该基材平面的该方向(z)相邻于该第三桁条(26c)。
4.根据权利要求3所述的MEMS，其中诸相邻层的桁条彼此偏移布置。
5.根据权利要求3或4所述的MEMS，其中该第一桁条(26a)与该第四桁条(26d)、该第二桁条(26b)与该第五桁条(26e)、以及该第三桁条(26c)与该第六桁条(26f)中的至少一者经由布置在该第一层(241)与该第二层(242)之间的一中间层(222)彼此机械性连接。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的MEMS，其中该第三桁条(26c)与该第六桁条(26f)经由布置在该第一层(241)与该第二层(242)之间的一中间层(222)彼此机械性连接；以及一方面移除介于该第一桁条(26a)与该第四桁条(26d)之间的该中间层，并且另一方面移除介于该第二桁条(26b)与该第五桁条(26e)之间的该中间层，以便将该第一桁条(26a)与该第四桁条(26d)隔开且将该第二桁条(26b)与该第五桁条(26e)隔开。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的MEMS，其中一方面该第一桁条(26a)与该第四桁条(26d)且另一方面该第二桁条(26b)与该第五桁条(26e)经由布置在该第一层(241)与该第二层(242)之间的一中间层(222)彼此机械性连接；以及移除介于该第三桁条(26c)与该第六桁条(26f)之间的该中间层(222)，以便在该第三桁条与该第六桁条之间提供一间隙。
8.根据权利要求3所述的MEMS，其中该第一层(241)与该第二层(242)经由一中间层(222)在该基材(12)的一区域中彼此连接；其中移除介于该第一桁条(26a)与该第四桁条(26d)之间、介于该第二桁条(26b)与该第五桁条(26e)之间、及介于该第三桁条(26c)与该第六桁条(26f)之间的该空腔(16)的一区域中的该中间层(222)。
9.根据权利要求8所述的MEMS，其中第一、第二及第三桁条(26a-c)形成可移动层结构(36)的一第一可移动元件(321)，并且其中第四、第五及第六桁条(26d-f)形成该可移动层结构(36)的一第二可移动元件(322)，其中该第一可移动元件(321)相对该第二可移动元件(322)沿着该移动方向(34)采可移动方式布置。
10.根据权利要求9所述的MEMS，其中
一方面在该第一桁条(26a)与该第三桁条(26c)之间且另一方面在该第四桁条(26d)与该第六桁条(26f)之间可施加不同电位，及/或
其中一方面在该第二桁条(26b)与该第三桁条(26c)之间且另一方面在该第五桁条(26e)与该第六桁条(26f)之间可施加不同电位。
11.根据权利要求1或2所述的MEMS，其中该第一桁条(26a)、该第二桁条(26b)及该第三桁条(26c)形成一可移动元件(32)，并且其中该第二层(18)形成一电阻器结构(48)以供与该空腔(16)中的一流体相互作用，机械性连接至该可移动元件(32)，并且连同该可移动元件(32)一起移动及/或变形。
12.根据权利要求11所述的MEMS，其中该电阻器结构(48)借助一中间层(22)连接至该第一层。
13.根据权利要求11或12所述的MEMS，其中该第一层(241)还包括面离该第三桁条(26c)的一侧面上机械性固定于第一或第二桁条(26a,26b)的一背负元件(62)，其中该电阻器结构(48)至少部分地布置在该背负元件(62)上。
14.根据权利要求13所述的MEMS，其中该背负元件(62)经由一耦合元件(64)牢固地机械性连接至该第一或第二桁条(26a,26b)，其中该耦合元件(64)布置在于该可移动元件(32)的一变形期间经历最大偏转的一区域中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的MEMS，其中该电阻器结构(48)包含沿着该可移动层布置结构(36)的一轴向延伸方向(y)垂直于该移动方向(34)并平行于该基材平面布置的数个部分元件(48a-j)。
16.根据权利要求15所述的MEMS，其中部分元件(48a-j)沿着该轴向延伸方向(y)彼此具有一距离(72)。
17.根据权利要求16所述的MEMS，其中该距离(72)为最大100μm、优选为最大100μm、尤其优选为最大1μm。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的MEMS，其中部分元件(48a-j)牢固地机械性连接至该第一桁条(26a)或连接至该第二桁条(26b)或连接至该第三桁条(26c)。
19.根据权利要求15至17中任一项所述的MEMS，其中部分元件(48a-j)布置在该第一桁条(26a)、该第二桁条(26b)及该第三桁条(26c)中的至少两者上。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的MEMS，其中沿着或相反于该移动方向(34)介于该电阻器结构(48)与该基材(12)之间的一第一距离(581)大于介于该第一桁条(26a)与该第三桁条(26c)之间的一第二距离(421)。
21.根据权利要求20所述的MEMS，其中该第一距离(581)比该第二距离(421)大至少1至20、优选3至10、尤其优选5至7的因子范围。
22.根据权利要求11至21中任一项所述的MEMS，其中该第二层(18)具有垂直于该基材平面的一层厚度(56)，该层厚度(56)比该第一层(241)大至少1至20、优选3至10、尤其优选5至7的因子范围。
23.根据权利要求11至22中任一项所述的MEMS，其中针对该第一层(241)的一层厚度(52)、及介于该第一桁条(26a)与该第三桁条(26c)之间的一距离(421)，该第一层(241)的一外观比小于40。
24.根据权利要求11至23中任一项所述的MEMS，其中该电阻器结构(48)是布置在该第一层(241)的一第一侧面上的一第一电阻器结构，还包含布置在该第一层(241)的一第二侧面上的一第二电阻器结构，该第二侧面相反于该第一侧面布置。
25.根据权利要求11至24中任一项所述的MEMS，其中该电阻器结构(48)为了布置在该空腔(16)中的一流体而提供一液阻。
26.根据权利要求11至25中任一项所述的MEMS，其中该可移动层布置结构(36)包含结构化成一第四桁条(26d)、一第五桁条(26e)及一第六桁条(26f)的一第三层(242)；其中第一、第二及第三桁条(26a-c)形成一第一可移动元件(321)，并且其中第四、第五及第六桁条(26d-f)形成该可移动层布置结构(36)的一第二可移动元件(322)。
27.根据权利要求26所述的MEMS，其中该第一可移动元件(321)机械性连接或未连接至该第二可移动元件(322)。
28.根据权利要求26或27所述的MEMS，其中该电阻器结构(48)是一第一电阻器结构(481)，并且包含连接至该第二可移动元件(322)的一第二电阻器结构(482)。
29.根据权利要求28所述的MEMS，其中该第一可移动元件(321)及该第二可移动元件(322)彼此相邻布置，并且在该第一电阻器结构(481)与该第二电阻器结构(482)之间沿着垂直于该基材平面的一方向(z)布置。
30.根据权利要求28所述的MEMS，其中该第一电阻器结构(481)及该第二电阻器结构(482)彼此相邻布置，并且在该第一可移动元件(321)与该第二可移动元件(322)之间沿着垂直于该基材平面的一方向(z)布置。
31.根据权利要求30所述的MEMS，其中该第一电阻器结构(481)与该第二电阻器结构(482)可彼此相对移动。
32.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，其中可移动层结构(36)包括箝位于该基材(12)处的一个侧面上的一挠曲桁条结构。
33.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，其中该第一层(24；241)及该第二层(242；18)垂直于该基材平面的一层厚度至少为50μm。
34.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，其中沿着与该基材平面平行且与该移动方向(36)垂直的一方向(y)的该可移动层布置结构的一轴向延伸相较于沿着一厚度方向的该可移动层布置结构的一尺寸具有至少一0.5因子的一尺寸，并且具有范围在10μm至5000μm、优选为100μm至2000μm、尤其优选为400μm至1500μm内的一值。
35.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，其中该空腔(16)经由至少一个开口(28)流体性连接至该基材(12)的一外部环境(88)，其中该至少一个开口(28)布置在该可移动层布置结构的一平面中。
36.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，被组配为MEMS泵或为MEMS扬声器、为MEMS麦克风或为MEMS THz波导。
37.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS，包含被组配用以控制可移动层结构的控制构件(86)。
38.根据权利要求37所述的MEMS，其中第一、第二及第三桁条(26a-c)形成一第一可移动元件(321)，并且该MEMS包含多个可移动元件，其中控制构件(86)被组配用以个别控制多个可移动元件。
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