CN116802143A - 具有覆盖驱动的mems及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种MEMS装置包括层堆栈，该层堆栈具有沿着层堆栈方向布置之多个MEMS层。该MEMS装置包括可移动组件，该可移动组件形成于第一MEMS层中且布置于该层堆栈之第二MEMS层与第三MEMS层之间。进一步提供驱动单元，其包含以机械方式固定连接至该可移动组件之第一驱动结构及以机械方式固定连接至该第二MEMS层之第二驱动结构。驱动单元被配置为在可移动部件上产生垂直于该层堆栈方向之驱动力，且该驱动力被配置为使该可移动部件偏转。

Description

具有覆盖驱动的MEMS及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种MEMS装置及其操作方法。更特定而言，本发明涉及一种具有用于在平面内驱动可移动组件之覆盖驱动的MEMS。
背景技术
MEMS换能器已为人所知，其由基板形成且由于受限的纵横比(例如，Bosch法)而具有有限的几何尺寸或纵横比。若要增大MEMS装置之体积，则此可例如经由更深的蚀刻来实现。然而，同时，不可能在邻近电极之间实现小的电极间距，这是因为此间距亦会由于蚀刻方法而增大。因此，至少难以开发一种换能器，其一方面可与大量周围流体相互作用且另一方面可施加必要力或包含对应的小电极距离。
因此，需要具有大的纵横比以便能够在实现小电极间距的同时移动大的流体体积的MEMS换能器。
发明内容
因此，本发明之目标为提供具有高纵横比之MEMS装置。
此目标通过独立权利要求之主题来解决。
本发明之核心想法为已认识到，可移动组件之平面内致动亦可基于垂直于移动方向布置之电极布置，此使得可例如借助于蚀刻来提取大的可移动组件，且同时允许垂直于移动方向之小间隙距离，这是因为此等间隙距离可独立于所使用的蚀刻制程。
根据一个实施例，MEMS装置包括层堆栈，该层堆栈具有沿着层堆栈方向布置之多个MEMS层。另外，提供形成于第一MEMS层中且布置于层堆栈之第二MEMS层与第三MEMS层之间之可移动组件。该MEMS装置包括驱动单元，该驱动单元具有以机械方式固定连接至可移动组件之第一驱动结构及以机械方式固定连接至第二MEMS层之第二驱动结构，此情形允许在两个驱动结构之间施加力。该驱动单元被配置为在可移动组件上产生垂直于层堆栈方向之驱动力，其中该驱动力被配置为使可移动组件偏转，特定而言利用垂直于层堆栈方向之分量，该偏转可包含旋转移动、扭转移动和/或平移移动。
根据一个实施例，第一驱动结构与第二驱动结构由间隙间隔开且彼此相对地布置。间隙沿着层堆栈方向之尺寸通过例如接合制程调整。接合制程使得能够允许小间隙距离，使得可例如使用静电或电动驱动力产生大的力。
根据一个实施例，可移动组件被配置为使得其包括由接合制程接合之多个层。此使得可获得大的可移动组件且因此获得高纵横比，使得可藉由可移动组件移动大量流体。
根据一个实施例，第二驱动结构为结构化电极结构，该结构化电极结构至少具有一个第一电极组件及与之电气绝缘之一个第二电极组件。该MEMS装置被配置为将第一电位施加至第一电极组件且将不同的第二电位施加至第二电极组件。该MEMS装置进一步被配置为将第三电位施加至第一驱动结构，以在第三电位与第一电位或第二电位的协作下产生驱动力。举例而言，就往复移动而言，此允许可移动组件之双向且可能的线性偏转，此为有利的。
根据一个实施例，第一电极组件及第二电极组件由电极间隙彼此电气绝缘。在可移动组件之静止位置中，可移动组件对称和/或不对称地布置成与电极间隙)相对。虽然至少区域地对称布置使得能够实现已在低电压下的偏转和/或对称偏转，但较佳的方向和/或机械预偏转可借助于至少区域地不对称布置来实施。
根据一个实施例，第二驱动结构之电极沿着垂直于层堆栈方向之轴向路径具有垂直于轴向方向之恒定或可变的侧向尺寸。换言之，电极可提供例如具有可变条带宽度之条带。可变扩张允许考虑和/或补偿可由电极变形诱发之机械应力。
根据一个实施例，驱动单元包含以机械方式固定连接至第三MEMS层之第三驱动结构。第一间隙布置于第一驱动结构与第二驱动结构之间，且第二间隙布置于第一驱动结构与第三驱动结构之间。该驱动单元被配置为基于第一驱动结构与第二驱动结构之间的第一相互作用且基于第一驱动结构与第三驱动结构之间的第二相互作用而提供驱动力。此使得使可移动部件偏转之力能够进一步增大和/或使得可移动部件能够精确移动。
根据一个实施例，驱动单元被配置为基于第一相互作用而产生第一驱动力分量且基于第二相互作用而产生第二驱动力分量。该MEMS装置被配置为产生同相或具有相移的第一驱动力分量或相互作用及第二驱动力分量或相互作用。虽然同相控制可例如用于可移动组件之平移移位，但可能可变的相移但亦可能恒定的相移可用于可移动组件之旋转或倾斜或扭转。
根据一个实施例，可移动组件经由弹性区以机械方式连接至第三MEMS层。可移动组件被配置为在使弹性区变形的同时基于驱动力执行旋转移动。此使得能够特定地实施个别组件。
根据一个实施例，电极结构布置于面向第二MEMS层和/或面向第三MEMS层之侧或MEMS层上，且形成第一驱动结构之至少部分。此使得电气控制之电气可变性能够具有高可变性。
根据一个实施例，可移动部件配置于面向第二MEMS层之侧上和/或第二MEMS层配置于面向可移动部件之侧上，使得提供表面纹理以局部地改变可移动部件与第二MEMS层之间的距离。此使得能够基于在移动期间可变之电极间距而精确调整静电力。
根据一个实施例，第一驱动结构之电极和/或第二驱动结构之电极以叉指方式布置及互连。此使得能够实现低位准之电气干扰场。
根据一个实施例，该MEMS装置包含多个可移动组件，该多个可移动组件在共同MEMS平面中并排布置且彼此流体地耦接和/或借助于耦接组件耦接。此允许使流体高度移动。
根据一个实施例，具有并排布置之至少两个连接电极的驱动结构布置于可移动组件中之各者上，该至少两个连接电极中之一个电极连接至第一电位且该至少两个连接电极中之第二电极连接至不同的第二电位。邻近可移动组件之对向电极连接至第一电位及第二电位之组合。换言之，可以不同方式电气控制邻近可移动组件之电极。此使得能够视需要控制个别组件。
根据一个实施例，该可移动组件以可移动方式布置于MEMS空腔中。借助于可移动组件之移动，空腔之至少子空腔的尺寸交替地扩大及减小，其中该子空腔局部地延伸至第二MEMS层中。由于子空腔延伸至第二MEMS层中，可高效地使用对应的MEMS空间。
根据一个实施例，该可移动组件包含沿着垂直于层堆栈方向之轴向延伸方向的组件长度。第一驱动结构之电极沿着组件长度包含多个电极片段。邻近电极片段藉由电气导体彼此导电连接。沿着垂直于组件长度之方向，电气导体具有比电极片段低的机械刚性。因此，此等区域可吸收变形能量，使得电极片段之变形程度较小，其包含高效率。
根据一个实施例，该可移动组件被配置为提供与流体之相互作用。此可经由与流体之直接接触直接地实现，或藉由经由可移动组件移动为流体相互作用而提供之机械组件间接地实现。
根据一个实施例，该驱动单元包含布置于第二MEMS层之背离可移动组件之一侧上的第四驱动结构。其他可移动组件邻近于第四驱动结构而布置且与可移动组件形成堆栈式布置。此允许高度的流体相互作用，同时由于堆栈式布置而使用极少的芯片面积。
根据一个实施例，一种操作MEMS装置之方法包含：控制沿着层堆栈方向布置之两个驱动结构，MEMS装置之多个MEMS层沿着该层堆栈方向布置；以及通过控制在MEMS装置之可移动组件处产生垂直于层堆栈方向之驱动力以使MEMS装置偏转。
根据一个实施例，该方法被配置为使得可移动组件之对称和/或线性偏转借助于驱动装置之邻近电极组件通过在时间平均上相对于所施加电位而关于参考电位对称地控制电极组件来控制，所述电极组件由电极间隙彼此电气绝缘。
根据一个实施例，沿着相对于相反方向的致动方向在时间平均上不对称地控制可移动组件之偏转，亦即，其被不对称地控制。举例而言，此可用以补偿机械预转向或机械不对称性。
其他有利实施例为其他从属权利要求之主题。
附图说明
下文参考随附附图解释本发明之尤其较佳的实施例，其中：
图1展示根据实施例之MEMS装置的示意性侧视截面图；
图2a展示根据实施例之MEMS装置的区段之示意性侧视截面图；
图2b至图2d展示根据实施例之图2a的MEMS装置之不同偏转状态的示意性侧视截面图；
图3a展示根据实施例之MEMS装置的示意性侧视截面图，该MEMS装置包含底部晶圆和/或覆盖晶圆(或称为顶部晶圆)中之构形；
图3b至图3d展示根据实施例之可移动组件的示意性侧视截面图；
图4a展示根据实施例之具有电极结构的可移动组件之示意性侧视截面图；
图4b展示根据实施例之具有结构化电极结构的可移动组件之示意性侧视截面图；
图5a展示根据实施例之用于示出电极之叉指互连的MEMS装置之部分的示意性俯视图；
图5b展示根据实施例之用于示出结构化电极之叉指互连的MEMS装置之部分的示意性俯视图；
图6展示包含根据实施例之四个可移动组件的根据实施例之MEMS装置之部分的示意性侧视截面图；
图7a至图7c展示根据实施例之MEMS装置及其电气接触之不同实施方案的示意性侧视截面图；
图8a至图8c展示根据实施例且在三个偏转状态中的基于MEMS之声换能器的侧视截面图；
图9展示根据实施例的具有在两侧夹持之可移动组件的MEMS装置之部分的示意性透视图；
图10展示根据实施例的具有在一侧夹持之可移动组件的MEMS装置之部分的示意性透视图；
图11展示可具有孔隙及叉指电极二者之根据实施例的MEMS装置之部分的示意性透视图；
图12a至图12c展示根据实施例之MEMS装置之基本胞元的替代实施方案之区的俯视图；
图13展示根据实施例之MEMS装置之部分的示意性侧视截面图，其中可移动组件形成为H形；
图14展示根据实施例之MEMS装置的示意性侧视截面图，其中可移动组件形成为块状；
图15a至图15c展示根据实施例之堆栈式MEMS的示意性侧视截面图；
图16a至图16c展示各状况下的根据实施例的具有基于覆盖驱动之线性偏转行为的替代驱动之侧视截面图；
图17a至图17c展示根据实施例之相对于图16a至图16c互补的替代驱动的实施方案；
图18a展示根据实施例之MEMS装置的示意性俯视图，该MEMS装置经由弹性区连接至与驱动结构相对之基板；
图18b展示图18a之MEMS装置的示意性侧视图；以及
图19展示根据本文中所描述之实施例的方法之示意性流程图。
具体实施方式
在下文参考附图详细地解释本发明之实施例之前，应指出，具有相同功能或以相同方式起作用之相同组件、对象和/或结构在不同图中具备相同参考符号，使得展示于不同实施例中之此等组件的描述为可互换的或可彼此应用。
下文所描述之实施例系在多个详细特征之上下文中描述。然而，实施例可在无此等详细特征之情况下实施。此外，为清楚起见，使用方块图作为详细表示之替代来描述实施例。此外，各个实施例之细节和/或特征彼此可容易地组合，只要未明确地相反描述即可。
本文中所描述之实施例涉及微机电装置(MEMS装置)。此类MEMS装置可为多层分层结构。举例而言，可藉由处理晶圆级半导体材料来获得此类MEMS，该处理可包括组合多个晶圆和/或在晶圆平面上沉积层。本文中所描述之一些实施例涉及MEMS平面。MEMS平面应理解为未必为二维的和/或非弯曲的且大体上平行于经处理晶圆延伸的平面，诸如平行于晶圆或随后的MEMS之主面延伸的平面。
本文中所描述之实施例涉及具有多个层之层堆栈。然而，本文中所描述之层可能未必为单个层，但在实施例中可易于包含两个、三个或多于三个层且可以被理解为层堆栈。因此，由其材料形成可移动组件之层可形成于多个层中，且可移动组件布置于其间之层可配置为例如晶圆之至少一部分且可具有多个材料层，例如用于实施物理、化学和/或电气功能。
平面方向可被理解为此平面内之方向，其亦可由术语“平面内”指代。替代地或另外地，层堆栈中层交替或布置所沿的方向可被称作层堆栈方向。就此而言，平面方向(平面内)可指垂直于其的方向。
结合对应MEMS装置之扬声器配置或扬声器功能来描述本文中所描述之一些实施例。应理解，除MEMS装置之感官评估的替代或额外功能或其可移动组件之移动或位置之外，此等解释说明亦可转移至MEMS装置之麦克风配置或麦克风功能，使得此类麦克风构成本发明之其他实施例而无限制。另外，在本文中所描述之实施例之范畴内的MEMS之其他应用领域包括微型泵、超音波换能器或与移动流体相关的其他基于MEMS之应用。举例而言，除其他事项以外，实施例可以涉及可与流体相互作用之致动器的移动。
实施例涉及施加静电力以使可移动组件移位。然而，可使用诸如电磁力产生或感测之其他驱动原理来容易地实施所描述的实施例。可偏转组件可为例如基于所施加电位提供变形之静电、压电和/或热机械电极。
图1展示根据实施例之MEMS装置10的示意性侧视截面图。该MEMS装置包括层堆栈12，该层堆栈12可包括多个层121、122，其中任择的额外层123及可能的额外层为层堆栈12之部分。一些层堆栈(或序列)可以机械方式彼此连接，但间距亦可提供于邻近层之间的区域中。此外，层堆栈12中之一些层可局部地间隔开，诸如针对MEMS层121所展示的。此处，与层122及123一起沿着层堆栈方向14布置的层121可被局部地移除以曝露可移动组件16，使得可移动组件16可至少相对于层122移动。此处，移动之至少一个分量沿着平面方向18(亦即，在平面内)垂直于层堆栈方向14。如将在实施例之上下文中解释的，此可包括沿着平面方向18之平移移动和/或诸如用于扭转移动之旋转分量。
可移动组件16布置于层122与123之间，其中提供驱动单元22(或驱动装置)以在可移动组件16上沿着平面方向18产生驱动力F，该驱动力F被适配为使可移动组件16偏转。在一些实施方式中，可产生力F且其几乎垂直于层堆栈方向，但例如为了扭转移动，其他方向是可能的。
驱动单元包含以机械方式固定连接至可移动组件之驱动结构22a。另外，驱动单元22包含以机械方式固定连接至MEMS层122之驱动结构22b。在本文中所描述之实施例的上下文中，以机械方式固定连接应理解为意谓将另一组件以机械方式固定地布置至另一组件，例如借助于固定，诸如藉由粘结、藉由接合、涂布、焊接或其类方式。替代地或另外，例如，导电层可布置于另一层上以将驱动结构之至少一部分以机械方式固定地布置于层上。替代地或另外，以机械方式固定连接亦理解为例如导电结构为另一结构之组成部分。举例而言，在较佳实施例中，对半导体材料掺杂可使其呈现导电性，例如以提供电极之功能。此电极亦理解为以机械方式固定连接至相应组件，即使自另一视角来看，该电极与该组件为同一组件。
根据一个实施例，例如，可移动组件16被配置为导电的，诸如藉由包含导电材料，诸如金属材料和/或经掺杂半导体材料。替代地或另外，驱动结构22a可例如以电极结构之形式设置于可移动组件16之基体上。以类似方式，例如，驱动结构22b可包含导电材料，例如以至少对层122之半导体材料进行区域性掺杂之形式和/或藉由布置电极结构。
配置MEMS装置10使得可移动组件16之移动发生在平面内且驱动结构沿着层堆栈方向14布置，此使得能够获得可移动组件16沿着层堆栈方向14之相对较大的尺寸24，该尺寸为例如至少75μm、至少100μm、至少500μm或更大。可沿着平面方向18曝露相对较大的区域，该区域与例如波希(Bosch)法之已知曝露方法的纵横比一致。通过这种方式，驱动结构22可在驱动组件22a与22b之间具有与此曝露方法无关之间隙26。亦即，驱动结构22a及22b可例如在可移动部件16之静止位置期间藉由间隙26间隔开且彼此相对。间隙26沿着层堆栈方向14之尺寸可由接合制程调整。
举例而言，间隙26之尺寸可至少部分地藉由沿着层堆栈方向14接合层堆栈来确定，相较于例如蚀刻制程，此可允许间隙26之尺寸相对较小，诸如10μm或更小、5μm或更小，或1μm或更小。相较于间隙26，尺寸24之对应纵横比可相应地更高，此对于MEMS装置10为有利的，因为可与大量流体相互作用。
就此而言，可移动组件16可形成为单层的或多层的。举例而言，可移动组件16可具有例如由接合制程接合在一起的至少二个层、至少三个层、至少四个层、至少五个层或更多个层之多个层。举例而言，作为硅晶圆之接合制程之部分，可将不同硅层连接在一起以便获得整体高的层厚度或大尺寸24，由此，例如可建立对诸如波希法之蚀刻制程之纵横比的低相依性或甚至独立于诸如波希法之蚀刻制程之纵横比。
图2a展示根据实施例之MEMS装置20之区段的示意性侧视图。驱动单元之驱动结构22b例如为结构化电极结构，且至少包含一个电极组件22b1及一个电极组件22b2，该等电极组件彼此电气绝缘使得可将第一电位施加至电极组件22b1且可将不同于第一电位的第二电位施加至电极组件22b2。此施加包括例如将具有相同或不同振幅之电位交替地施加至电极组件22b1及22b2，但亦可意谓同时将相同或不同电位施加至电极组件22b1及22b2，此取决于期望或需要对MEMS装置20进行哪种控制。
为了电气绝缘，可在电极片段之间设置间隙281至284，该等间隙可任择地填充有电气绝缘材料或介电材料。
MEMS装置20可包括沿着平面方向18并排布置之多个或多数个可移动组件161及162，且任择地包括其他可移动组件。结合图1所描述之驱动结构22a可为可移动组件161及162中之一者、多者或全部的部分。
可移动组件161可与电极间隙282相对地以对称方式布置，例如以获得对称致动。替代地，亦可与电极间隙282相对地以不对称方式布置可移动组件，例如以获得不对称致动。类似地，可移动组件162可与电极间隙281相对地以对称或不对称方式布置。
例示性地，可将不同电位U3及U4施加至可移动组件161及162，其中根据实施例，可移动组件161及162或其驱动结构彼此电气或电流连接，使得电位U3及U4相同或相等。基于电位U1、U2、U3及U4，可产生静电力，该等静电力可导致一个或多个可移动组件161和/或162沿着平面方向18之移动方向偏转。因此，在移动结构之电位与电位U1和/或U2相互作用时，可产生驱动力。
驱动结构22b可包含电极结构，该电极结构较佳以结构化方式形成，诸如呈叉指电极之形式。亦即，可连接至电位U2之其他电极组件亦可为驱动结构22b之部分。然而，根据其他实施例，个别电极片段亦可彼此电气绝缘，使得例如共同地提供有参考编号22b1之电极组件形成可个别地施加电位之电极组件。
如图2a中所展示，其他驱动结构22c、22d和/或22e可布置于层122及123之面向和背离可移动组件161及162之侧处。在这种情况下，额外驱动结构22c、22d及22e为任择的。特定而言，驱动结构22d及22e可设置于MEMS装置之堆栈式布置中以用于布置额外可移动组件16。类似地，由于可移动组件161及162展示为邻近于驱动结构22b及22c，因此额外可移动组件可邻近于驱动结构22d和/或22e而布置。
举例而言，除使用驱动结构22b提供驱动力分量以外，MEMS层123或晶圆44上之驱动结构22c亦可用以在可移动组件161和/或162与驱动结构22c之间提供额外驱动力分量。亦即，相对于MEMS装置10之描述，可在可移动组件16处提供可移动组件161与晶圆42之驱动结构之间的第一相互作用及可移动组件16与晶圆44之驱动结构之间的第二相互作用。举例而言，此控制可由控制单元(或控制装置)提供，该控制单元(或控制装置)被配置为将对应电压或电位或控制信号施加至电极或导电结构。驱动单元可被配置为基于第一相互作用产生第一驱动力分量F1，且基于第二相互作用产生第二驱动力分量F2。MEMS装置可被配置为在同一方向上或同相地产生第一力分量及第二力分量，此可允许可移动组件161平行于例如平面方向18之往复移动。力分量F1与F2之间的相移可导致绕悬置中心M之倾斜或旋转，例如可移动组件161之扭转。此外，在反相控制的情况下，力分量F1及F2之配置可以使可移动组件161能够例如绕中心点或中心轴线M往复旋转。亦即，上部驱动结构及下部驱动结构可提供基于个别控制而相对于彼此移位之力分量。
驱动单元可包含可布置于MEMS层122和/或123之背离可移动组件161和/或162的一侧上之其他驱动结构，其中其他可移动组件可邻近于所述驱动结构而布置以与可移动组件161及162形成堆栈式布置。
例如，电极结构可经由连接层321至324连接至层122和/或123，此在层122和/或123由半导体材料形成之情况下可能尤其有利。例如，层321至324可以电气绝缘方式形成且包含例如氧化硅和/或氮化硅。亦可在无限制的情况下选择其他材料。
可移动组件161及162可任择地跨越间隙281至284以对称方式布置，此可使得能够对可移动组件161及162进行对称控制例如以用于线性移动。尽管如此，亦可提供偏离对称的位置，例如在静止位置中，以便实施例如不对称控制。
可移动组件161及162可在控制循环期间朝向及远离彼此移动，但替代地可同相地移动，使得例如可移动组件161与162之间的距离相等或仅不显著地改变。在可移动组件161及162交替地朝向及远离彼此移动之其他状况下，例如，可移动组件161与162之间的子空腔36之体积交替地减小及增大。为了与环境进行流体交换，可在第一晶圆42和/或第二晶圆44中以任何数目和/或在任何位置设置开口381至383，使得流体可流入或流出子空腔36，该第一晶圆42和/或该第二晶圆44可提供例如底部晶圆和/或覆盖晶圆，在该等晶圆之间布置可移动组件161和/或162。
图2b展示图2a之实施例之部分的示意性侧视截面图，其中例如未展示任择的驱动结构22d及22e。
以可比较方式，图2c及图2d展示MEMS装置20之对应区段，其中在图2c中，自图2b之例示性静止状态开始，发生可移动组件161及162朝向彼此的移动48，使得可移动组件161与162之间的子空腔361之体积减小，而对应地，在背离子空腔361之侧，邻近可移动组件161及162之子空腔362及363的体积增大，使得对应布置之开口381及382可允许流体463流入子空腔362及363中，而开口38可允许流体46流出子空腔361。
图2d展示互补状况，其中执行移动48使得可移动组件161及162远离彼此移动，此可导致子空腔361之体积再次增大，而子空腔362及363之体积减小，使得流体46可在相反方向上流动，例如经由开口383流入空腔361中，且分别经由开口381及382流出子空腔362及363。
为此目的，图2b展示了例示性力向量F1a1、F1b1、F1b2、F1a2、F2a1、F2b1、F2b2及F2a2，该等力向量指示例示性的以导电方式形成之可移动组件161和/或例示性的以导电方式形成之可移动组件162可基于驱动结构22b及22c之电极组件的电位而产生能够触发图2c之移动48或图2d之移动48的力。
如自图2a至图2d所见，多个可移动部件16可沿着平面方向18布置以在控制期间交替地减小及扩大邻近子空腔，从而移动大量流体，此对于泵应用或扬声器应用尤其有利。
换言之，导电层22b及22c可在第一方向上分成至少两个离散子区22b1及22b2以及22c1及22c2。此等子区彼此电气绝缘且藉由间距28或其中的例如氧化硅之绝缘介质而分离，且可构成电极。电极之布置及互连例示性地配置为叉指式的。该等子区之间距为例如1μm，但亦可为10nm或甚至多达10μm。作为实例，子区22c1及22c2之第一群组经由绝缘连接层322以机械方式连接至覆盖晶圆。子区22b1及22b2的另一第二群组经由绝缘连接层321以机械方式连接至底部晶圆。在诸如22b1和/或22c1之子区之一个群组中，第一子区连接至第一信号电压，且第二子区22b2和/或22c2连接至第二信号电压。举例而言，信号电压可具有相同量值，但亦可移位例如180°的相位。相移亦可具有其他值。各个群组之电气相同的子区可在覆盖晶圆及底部晶圆处彼此相对地布置。
抵抗性组件161至16n之布置及几何配置的描述如下，其中n可为一之整数倍，亦即，整数。抵抗性组件，亦即，可移动组件，可为例如梁形组件，其纵向延伸方向在与上文所提及之第一方向垂直布置的第二方向上，诸如沿着表面质心纤维。此尺寸在图4a及图4b中例如藉由参数l指示。较佳的长度例如介于10μm与10mm之间，尤其较佳的长度介于1mm与6mm之间，且尤其较佳的长度l为约3mm。抵抗性组件在第一方向上，亦即，平行于移动方向的延伸远小于在第二方向上之延伸。此处应注意，抵抗性组件之尤其较佳的实施例包含诸如沿第一方向之可变宽度。抵抗性组件之宽度在其表面质心纤维的区域中最小，且可位于抵抗性组件之中性轴的区域中，就此而言，参考点M。朝向其上边缘及下边缘，可移动组件在边缘处之宽度可再次增大。举例而言，表面质心纤维区域中之宽度为介于3μm与4μm之间的值。展示于上边缘及下边缘之区域中的宽度为例如介于7μm与8μm之间的值。亦可以其他方式配置梁之宽度，亦即，在中间较薄且在边缘处较厚，或在中间较厚且在边缘处较薄。
可被称作例如高度且在第三方向上延伸之延伸量例如介于400μm与5000μm之间，较佳介于650μm与1500μm之间且尤其较佳为约1000μm，该第三方向布置为垂直于在第一方向与第二方向之间横跨的平面，例如沿着距离34。抵抗性组件之形状在宽度上可能不同，亦如参考图3a至图3d所示出的。
抵抗性组件经布置以在覆盖晶圆区及底部晶圆区中与两个邻近子区(22c1及22c2，以及22b1及22b2)相等地重迭。两个子区之间的绝缘区38亦包括于此重迭中。两个子区之间的绝缘区28可由氧化物(例如，SiO2、Si3N4或Al2O3)或空气形成，且宽度可介于0.1μm与10μm之间。
抵抗性组件161、162与导电层之电极具有距离261、262。举例而言，此距离介于0.01μm与10μm之间，较佳介于0.05μm与1μm之间，且尤其较佳为0.1μm的距离。此间距形成梁与覆盖晶圆及底部晶圆之间的两部分电容式致动器。因此，待移动抵抗性结构/梁之致动器不与抵抗性结构直接机械接触。这将此解决方案与致动器及抵抗性结构必须机械连接以自抵抗性结构获得声学效应的其他解决方案相区分。
根据图2a至图2d之平衡制动器(具有线性偏转行为之致动器)展示致动抵抗性组件时的不同时刻：
下文展示作用于抵抗性组件上之力：
向左拉的力(第一运动方向)：Fa1＝F1a1+F2a1＝～(UDC+UACa)2/d
UACa＝施加至电极2a及5a之信号电压/AC电压。
向右拉的力(第二运动方向)：Fb1＝F1b1+F2b1＝～(UDC+UACb)2/d；
UACb＝施加至电极22c1/22c2及22b1/22b2之信号电压/AC电压。
UDC为施加于覆盖晶圆/底部晶圆与装置晶圆之间的DC电压。
d＝覆盖晶圆/底部晶圆与装置晶圆之间的距离261、262。
抵抗性组件上的所得力为：
F1＝Fa1-Fb1＝～(2*UDC*UACa-2UDC*UACb+UACa 2-UACb 2)/d
若信号电压/AC电压为UACa＝-UACb＝UAC，则以下等式适用
F1＝～4*UDC*UAC/d。
所得力与信号电压UAC线性相关。信号电压与力之间的线性对于扬声器之音质(失真因子)非常重要。
a)对于力平衡，适用：22c1及22c2或22b1及22b2具有相同电压UACa＝UACb，该等力皆相等Fa1＝Fb1且Fa2＝Fb2：该等抵抗性组件分别相等地位于22c1/22c2或22b1/22b2下方；
b)对于在22c2/22b2下方之抵抗性组件的移动，适用：电压UACa<UACb。该等力彼此具有以下关系：Fa1<Fb1且Fa2<Fb2；
c)对于在22c1/22b1下方之抵抗性组件的移动，适用：电压UACa>UACb。该等力彼此具有以下关系：Fa1>Fb1且Fa2>Fb2；
图3a展示根据实施例之MEMS装置30的示意性侧视截面图，该MEMS装置30相对于MEMS装置20在若干任选修改方面进行了修改。虽然使可移动组件161及162朝向或远离彼此移动的原理效应可相同，以便增大或减小子空腔361、362及363之体积以使流体移动通过开口381、382及383，但MEMS装置30之可移动组件16'1或16'2包含修改的配置。
不同于MEMS装置20，其中作为实例，可移动组件16形成为整体导电的，可移动组件16'1及16'2可由半导电或非导电材料形成，使得驱动结构22a和/或22f借助于层321和/或322或其基体以机械方式固定连接至可移动组件且包含电极组件22a1、22a2、22f1及22f1。亦即，不同于MEMS装置20，其中电极结构布置于基板层122及123上，电极结构可替代地或另外设置于可移动组件16'1及16'2上。就此而言，可以相同或等同方式控制或互连驱动结构22a及22f且可使其具有相等电位，诸如用于电极组件22a1及22f1以及22a2及22f2，但可替代地提供个别互连。亦即，电极结构可布置于面向MEMS层122和/或MEMS层123之MEMS层121或可移动组件的一侧上，且形成驱动结构之至少部分。
另一方面，在MEMS装置30中，层122和/或123可任选地形成为导电的，使得可能不需要电极结构之单独布置。替代地，层122及123可具备如结合MEMS装置20所描述的电极结构。
独立于此情形但亦结合此情形，层122及123可具有表面构形521至528，该等表面构形可以提供例如用于相对电极间隙28之区域中的对称控制且可以与主侧面122A或123B相对之凸起或凹陷之形式实施，亦即，可移动组件与构形52之区域中的层122或123之间的距离可藉由将构形实施为材料中之凹陷来局部地增大或藉由将构形实施为凸起来局部地减小。在一些实施例中，可期望或需要此表面构形。举例而言，若电极布置于可移动组件上，则与所展示的相同或类似地结构化底部晶圆和/或覆盖晶圆(或顶部晶圆)以允许移动为有利的。经由构形52，可获得静电力之调整。换言之，表面构形52可为凸起或孔。此结构化可对称地布置于晶圆42和/或44之两侧上。亦即，可移动组件16'1和/或16'2可在面向第二MEMS层122之侧上具有表面纹理或表面构形，和/或第二MEMS层122可在面向可移动组件16'1至16'2之侧上具有表面构形或表面构形，以分别局部地改变可移动组件16'1和16'2与第二层122之间的距离。
虽然表面构形521、522、525及526可用以调整驱动结构之间的静电力以用于所说明的控制，但表面构形523、524、527及528可用作虚设纹理，例如以尽可能地避免晶圆42和/或44之弯曲。参考图2a中结构化的导电层或电极22c/22e及22b/22d，此处应注意，使用在与导电层22c之子区域相关的子区域中具有相同效应之电极22e的结构化和/或使用在与导电层22b之子区域相关的子区域中具有相同效应之电极22d的结构化，在避免弯曲之意义上，可获得类似或相同的效应，而不管图2a中未展示之其他可移动组件是否邻近于导电层22d和/或22d而布置。
然而，任选地，在具有诸如邻近于图2a中之驱动结构22d和/或22e的可移动组件之堆栈式布置的实施例中，对于未图示的额外可移动组件，亦可获得垂直于移动方向18或沿着层堆栈方向14之对应调整可能性。
图3b展示根据实施例之可移动组件16”的示意性侧视截面图，该可移动组件16”可例如被使用以作为可移动组件16'1或16'2在MEMS装置16中实施。可移动组件16”之基体54可例如由诸如硅之半导体材料形成，且可例如具有大致矩形的几何形状，其中亦可在基体54之末端处提供加厚。
不同于根据图3a之电极结构的平面布置，电极22a1、22a2、22f1和/或22f2亦可部分地布置于可移动组件16”或基体54之侧表面上，此使得可例如沿着此等侧亦产生电场，此在可移动组件16”之动态移动的状况下可为有利的。
基体54之形状独立于电极在侧表面上之实施。此实施方式亦可能毫不费力地在可移动组件161及162处实现。
换言之，图3a及图3b展示所谓的平衡致动器。图3a及图3b展示具有线性偏转行为之基本胞元的替代实施例。与图2a至图2d中之实施例的差异为导电层在抵抗性组件处的位置。藉由此替代位置，抵抗性组件为主动抵抗性组件。此处，抵抗性组件之特征在于导电层各自经由电气绝缘层连接至抵抗性组件。具有导电层之抵抗性组件之形状在其宽度上可能不同。
此外，亦展示替代的可偏转且主动的抵抗性组件(图3b)。此处，导电层部分地围绕抵抗性组件的外围布置。换言之，导电层不仅布置于抵抗性组件与覆盖晶圆之间及抵抗性组件与底部晶圆之间，而且布置于包围空腔之抵抗性组件的侧面上。
图3c展示图3b之基体54的示意性侧视截面图。
图3d展示相对于图3c修改之基体54'的示意性侧视截面图，相比于图2a之单凹形配置，该基体54'包含多凸形弯曲配置。
可移动组件之横截面可为多边形，诸如矩形、单曲线形或多曲线形，其中曲率可为凸的或凹的，其中多曲率亦允许其混合形式。替代地或另外，在沿着层堆栈方向14的横截面中，垂直于层堆栈方向，例如沿着平面方向18，可移动组件具有可变尺寸。
图4a展示根据电极结构之第一实施例的MEMS装置30之可移动组件16'1的示意性侧视截面图。举例而言，电极片段22f2及22a2可彼此相对地布置于基体54上而无关于其横截面，且可例如沿着长度l提供平面接触。就此而言，沿着层堆栈方向14，电极片段22a2可具有高度h5且电极片段22f2可具有高度h2，此可导致可移动组件16'1之总高度hges。
图4b展示电极组件22f2及电极组件22a2分别结构化成片段561至5610及5611至5620的替代实施例之示意性侧视截面图，其中10个片段56之数目仅为例示性的，且可为至少两个、至少三个、至少五个、至少八个、至少十个或更多的任何数目。
如针对连接件58所例示的，电极56f2和22a2之片段56分别彼此电气或电流耦接，使得当在群组561至5610及5611至5620内施加电位时，该等片段具有相同电位。
这里，片段可具有尺寸lS，该尺寸例如包含在0.5μm与2μm之间的范围内的值，但亦可基于个别配置而实施其他值。可在两个邻近片段56之间提供距离labst，该距离labst在长度l上恒定或亦可变，其中所述距离将两个片段56彼此分离，但借助于导电连接件58桥接。
亦即，可移动组件可沿着垂直于层堆栈方向之轴向延伸方向沿着组件长度l配置，使得电极22a2和/或22f2包含多个电极片段56。邻近电极片段56可藉由电气导体58彼此电气连接，其中沿着垂直于组件长度之方向，例如沿着平面方向18，电气导体具有比电极片段低的机械刚性。由此可实现，电极材料之机械刚性在较小程度上阻碍可移动组件之移动或变形。
换言之，导电层可在第一方向上分段，如图4b中之侧视图中所展示的。在此状况下，该等片段彼此间隔开。有利地，可偏转组件之刚性可因此已在设计中解决。在此状况下，所得间隙较佳未被填充。图4b因此展示具有分段电极层之实施例的视图。
抵抗性组件在第三方向上之延伸量尤其在图4a中由h表示，且导电层22a或22f之延伸量由h2或h5表示。h与h2或h与h5之比率为20％，较佳为5％或尤其较佳为1％，亦即，h2及h5比基体54薄。
抵抗性组件在第一方向上之延伸尤其在图4b中示出。此处，展示导电层22a及22f之替代布置，如上文已提及的，该布置降低可偏转组件之刚性。抵抗性组件在第一方向上之长度由l表示。片段之长度由lS表示。片段之间的距离由labst表示。
图5a展示根据实施例之MEMS装置501之部分的示意性俯视图，特别是根据可移动组件16'1至16'5之实施例，该可移动组件16'1至16'5可对应于MEMS装置30之可移动组件16'1及16'2而例示性地形成。对于可移动组件16'1及16'5之状况，子空腔361至366布置于邻近可移动组件之间或布置于可移动组件与周围基板62之间。可移动组件16'1至16'5可被视为在两侧被固定地夹持的梁，其中作为实例而展示电极组件22a1及22a2之叉指互连。可见，邻近可移动组件16'1至16'5之各自的电极组件可以由于连续互连而具有相同电位，但切断此配置亦可能导致个别互连。
可将直流(DC)电压施加至电极组件22a1及22a2，使得例如将DC电压交替地施加至电极22a1及22a2。替代地，可施加AC电压，如由AC-及AC+所指示的。此配置亦可同时发生，其例如可在邻近可移动组件之间产生吸引力以使该等可移动组件朝向彼此移动。
换言之，图5a展示当电极连接至梁(可移动组件)时电极之接触的示意性表示。类似地，亦可针对面向覆盖晶圆和/或底部晶圆之电极实施此配置。
如自图5a可见，可移动组件16'1至16'5可直接被配置为与流体相互作用，例如藉由移动流体或被流体移动的主体。替代地，诸如板组件或类似者之额外组件可布置于可移动组件上，该等额外组件藉由可移动组件移动且进而与流体相互作用。
图5b以与图5a相当之视图展示根据实施例之MEMS装置502的示意性俯视图。然而，不同于MEMS装置501，可移动组件形成为可移动组件16”，如例如图3b中所展示的。亦即，除顶表面或底表面以外，电极22a1及22a2亦沿着可移动组件之侧壁延伸，但此处应注意，诸如上、下、左、右、前、后及其类似者之术语在此处并非限制性的，而仅为说明性的，这是因为显然，由于主体在空间中之定向的改变，该等术语可互换。
然而，可见，当可移动组件16”1至16”5沿着移动方向18移动或变形时，若进行电极之结构化，则可获得优点，如结合图4b或图5b所解释的。两个邻近片段561及562之间的电气连接件58可例如藉由局部薄化或移除对应电极来实现，但当可移动组件16”1弯曲时，此可导致电极组件之低机械电阻。
就此而言，子空腔361至366可为整个空腔之部分，且由于可移动组件16”1至16”6之移动，子空腔361至365之大小可交替地扩大及减小。
MEMS装置501及502之可移动组件可彼此流体耦接，使得当可移动组件中之仅一者被致动时，邻近可移动组件亦可在未致动状态中移动。亦即，流体之移动可耦合至邻近可移动组件上，而无关于邻近可移动组件被致动抑或未被致动。任选地，邻近可移动组件亦可例如在中心区中，诸如l/2等处，借助于未图标之耦接组件彼此耦接。此耦接组件使得可执行所耦接之可移动组件的均匀移动。
如MEMS装置501及502中进一步所展示的，可将不同电位施加至电极22a1及22a2。就此而言，可形成叉指结构使得邻近可移动组件之彼此面对的电极连接至电位AC-及AC+之组合，亦即，彼此面对的电极二者具有不同电位，或，换言之，具有不同电位之不同电极22a1及22a2面向彼此。对于DC连接亦是如此，该DC连接例如在电极22a1与22a2之间交替，使得连接的电极面向未连接的电极。
换言之，图5a及图5b分别展示图4a及图4b之实施例的俯视图，其中图5b亦展示当连接至梁时电极的接触。图5a及图5b为在具有有限数目个主动可偏转组件之简化实施例中的具有线性偏转行为的基于MEMS之换能器的图4a/图4b之层的俯视图。图示展示了如图4a/图4b中所展示之主动可偏转抵抗性组件的可能电气连接。此处，两个子区以梳状方式(换言之，以叉指方式)互锁，且沿着相应被动抵抗性组件之整个长度布置。类似地，亦可针对面向覆盖晶圆和/或底部晶圆之电极实施此实施例。
图6展示根据实施例之MEMS装置60之部分的示意性侧视截面图。此处，除借助于四个可移动组件16'1至16'4被细分成子空腔之空腔66以外，亦展示外部区域，在该外部区域中更详细地示出电极之互连。凹槽641至647可曝露电极和/或其他区域，使得其准备好接触。如参考凹槽641至645所展示的，可进行此曝露使得可接近沿着MEMS装置60之侧的所有电极。
图7a展示根据实施例之MEMS装置70的示意性侧视截面图。举例而言，MEMS装置70包含如结合MEMS装置20所描述的配置。分别地，任何两个邻近可移动组件161与162、163与164以及165与166分别可形成MEMS装置70之基本胞元681、682及683。虽然晶圆44之开口381、382及383可排他地与例如基本胞元681、682及683相关联，但晶圆42之开口384及385可分别由邻近基本胞元681与682以及682与683共享。
凹槽641、642、643及644可设置于基板层122及123中以用于分别接触电极22c1、22c2、22b1及22b2。替代地或另外，可提供凹槽645和/或646以用于局部地曝露层121以将该层连接至电位，例如参考电位(接地GND)。
换言之，图7a展示具有线性偏转行为之基于MEMS之换能器的实施例之横截面视图，该基于MEMS之换能器具有3个邻近布置之基本胞元。展示具有被动可偏转抵抗性组件的结构。因此，导电层各自经由电气绝缘层连接至底部晶圆及覆盖晶圆。基本胞元经由邻近的被动可偏转抵抗性组件之空腔彼此连接。此外，展示了底部晶圆及覆盖晶圆中可能的下部及上部出口开口之位置。提供用于电气接触子层的区域64。类似地，提供用于电气接触其他电极之子层的区域。接触区域展示为开口，该等开口例如作为孔或方形凹槽或矩形沟槽向下蚀刻至相应的导电层。该实施例不限于所展示之导电层的位置。为了在层22b及22c与被动可偏转组件之间建立电位差，可以在层121中与GND接触。类似地，根据图3a至图4b之具有主动可偏转组件的结构为可能的。
图7a中芯片的接触将例如藉由线接合进行。因为接触孔置于芯片之两侧上，所以线接合制程亦必须自两侧进行。
图7b展示导电组件721至726布置于图7a之凹槽641中以使得能够接触对应区域的实施例中之MEMS装置70的示意性侧视截面图。
导电区或组件721至726可藉由间隙741至744与周围材料间隔开，其中所述间隙可任选地填充有电气绝缘材料。例如由导电组件72之材料或另一导电材料制成的导电结构76可藉由使连接层32电气绝缘来布置以便避免短路，该等导电结构76可在围绕电极的区域中由连接层32之材料或其电气绝缘性质包围。在此，组件725可提供层121与层123之子区域之间的接触，亦如组件726所展示。就此而言，组件725亦可与其他组件，诸如导电层22c之子区域电气绝缘。此时，可在两侧上提供接触。
换言之，图7b展示具有线性偏转行为之换能器及基于MEMS之换能器的替代结构，该替代结构在接触以及101导电层方面不同。在此状况下，与层之接触不由凹槽实现。替代地，该等层藉由穿过导电组件之通孔连接至覆盖晶圆及底部晶圆。层121藉由导电插塞连接至底部晶圆或覆盖晶圆。覆盖晶圆或底部晶圆中之电位之分离藉由分离件(或凹槽)实现。此实施例之优点在于，该等层之接触不在凹槽中发生，而是在底部晶圆或覆盖晶圆之表面上发生。
图7c展示类似的MEMS装置70'之示意性侧视截面图，其中仅自晶圆44(例如，覆盖晶圆)之一侧借助于凹槽741至745进行接触。接受相对较深的沟槽，可简单地将MEMS装置70置于基板上，这是因为自一侧的电气互连可能已足够。
换言之，当导电层置于抵抗性组件上时，电极之接触可以多种方式进行。电极之接触可自两侧或仅自一侧进行。换言之，图7c展示具有线性偏转行为之换能器：其类似于图3a，除了接触自芯片之一侧进行。亦即，可自芯片之一侧(经由凹槽)接近致动所必要的所有电极。在此状况下，成品芯片之线接合更易于实施，这是因为芯片可仅自一侧线接合。
类似于图7a中所展示之接触选项，亦可接触图3a中之驱动变体。
图8a展示根据实施例之MEMS装置80的示意性侧视截面图，其中藉由在层122及123中，例如在邻近开口381与382之间、382与383之间和/或在开口384、385、386和/或387之区域中设置凹槽78，子空腔361至367局部地延伸至层122及123中之至少一者中。
例示性地，层121可连接至交流电位UAC或-UAC或+UAC，使得亦可将此电位施加至可移动组件161至166。相比之下，层122及123可连接至参考电位GND。
图8b展示具有略微不同的配置之图8a的MEMS装置80之示意性侧视图，其中尽管可移动组件可个别地或成组地连接至电压DC或AC+，如结合图8a所描述的，但层121的周围基板连接至参考电位，此可允许MEMS装置之容易且安全的处置。任选地，代替配置基板以连接至参考电位，可在MEMS装置80上设置电气绝缘件。图8b展示处于以下状态中之MEMS装置80：可移动组件161至166已在基本胞元681、682及683内成对地朝向彼此移动，使得界定子空腔362及364之相应主侧面161A及162A以及163A及164A分别朝向彼此移动。
图8c展示处于互补状态中之图8b的MEMS装置80之示意性侧视图，在该互补状态中，各个基本胞元681、682、683的可移动组件161及162、163及164以及165及166远离彼此移动以产生反向流体流。
换言之，图8a至图8c展示具有非线性偏转行为之换能器：图8a至图8c展示在三个偏转状态中之基于MEMS之声换能器的结构。类似地，展示具有两个电极之简化结构。此处，覆盖晶圆123及底部晶圆124之层形成第一电极，且装置晶圆或被动可偏转抵抗性组件之层形成第二电极。抵抗性组件在此实施例中以简化形式展示且可具有其他横截面，诸如本文中所描述之横截面。抵抗性组件布置于藉由蚀刻制程在层121中机器加工而成且穿过其他层的空腔中，该其他层为覆盖晶圆及底部晶圆。至少一个末端，较佳地两个相对末端连接至层121的基板。较佳地，该等层具有导致空腔之大体积的覆盖晶圆结构及底部晶圆结构。该等层经由绝缘层321/322连接至层121。
抵抗性组件具有主侧面。主侧面之特征在于其在邻近抵抗性组件之状况下彼此相对地布置，且限定连接至上部出口开口381至383的子空腔362、364及366。因此，抵抗性组件之相对侧面的特征在于其包围同时连接至下部出口开口384至387的空腔361、363、365及367。此外，抵抗性组件之相对侧面的特征在于其限定将基本胞元连接至彼此的子空腔361、363、365及367。
图8a展示在未偏转状态中的抵抗性组件。
图8b展示在额外施加的电压(DC与AC之间的组合)下在第一时间间隔内处于偏转状态中的抵抗性组件，该额外施加的电压介于0V与100V之间，较佳介于1V与50V之间，尤其较佳介于1V与25V之间，大约为24V。此处，抵抗性组件沿着移动方向18偏转。基本胞元之邻近抵抗性组件朝向彼此移动，使得相应主侧面之间的距离减小且子空腔362、364、366的体积随之减小。随着子空腔之体积减小，流体经由出口开口381至383自子空腔排出。在同一时间间隔内，抵抗性组件之相对侧面在一个方向上移动，使得相对侧面之间的距离增大。类似地，藉此包围的空腔361、363、365、367之体积亦增大。藉此产生的体积流经由开口384至387将流体传送至子空腔中。
图8c展示紧跟在第一时间间隔之后的第二时间间隔内处于偏转状态中之抵抗性组件。在很长一段时间内，第一时间间隔及第二时间间隔以此顺序交替，使得发射压力脉冲，例如作为声波。
在第二时间间隔内，向抵抗性组件供应不同的电压(DC+AC)，该电压相较于第一时间间隔内之电压相移例如180°，其中亦可调整其他相位角。相移亦可采用大于零的其他值。因此，抵抗性组件在与第一时间间隔内之方向相反的方向上沿着移动方向18移动。换言之，邻近抵抗性组件之相对侧面之间的距离减小，藉此增大子空腔362、364、366之体积，且因此，经由开口381至383将流体之体积流输送至子空腔中。类似地，邻近抵抗性组件之相对侧面之间的距离减小，使得经由开口384至387将流体之体积流传送出子空腔361、363、365及367。
图9展示根据实施例之MEMS装置90之部分之示意性透视图，例如呈晶圆42以及层121之形式。例如，展示10个可移动组件161至166，其可由子空腔361至3611环绕。参考编号15展示台阶、倒角或倒圆，其使可移动组件16之内部区域相对于层121之剩余部分的周围区域凹陷或降低高度，使得在诸如用于布置晶圆44之后续接合制程期间不发生与可移动组件16之机械接触。
换言之，图9展示基于MEMS之声换能器的透视图。展示包含被动抵抗性组件之层及连接至层22b1/22b2之层(底部晶圆)。未展示包含覆盖晶圆之层。类似地，展示了以指状方式互锁，且因此在可偏转被动组件之区域中彼此邻近布置之层22b1及22b2之实施方式。层22b1/22b2藉由区域28电气分离，该区构成电气绝缘件。就此而言，层122及121具有彼此不同的厚度。举例而言，层122包含400μm之厚度。举例而言，层121之厚度可具有介于400μm与5mm之间的值。层121中之接点用72i示出，该等接点连同未图示之层中的其他接点一起将控制连接至导电层22b1/22b2。接着借助于合适接点72将控制信号分布至层22b1及22b2之相应区域的区中。
此实施例之另一方面为开口38之布置。在此实施例中，此等开口将空腔36(换言之，沟槽或凹槽)连接至周围流体。在此实施例中，此等开口展示为矩形的。在此实施例中，各个空腔36连接至两个开口，该等开口中之各者离散地间隔开。然而，类似地，开口亦有可能占据沿着被动抵抗性组件之整个长度的长度或与之不同的长度。类似地，实施例亦不限于矩形形状。偏离矩形形状之其他形状为实施例之部分，其仅在此处提及。
藉由参考编号15，参考布置于层121与抵抗性组件之基板之间的周边台阶或倒角或倒圆。在高度差为约100nm之情况下，抵抗性组件之基板相对于基板121略微凹陷，以防止抵抗性组件在覆盖层之必要接合制程期间发生应变。类似地，台阶亦可设置于层122之接合区的区域中。
图10展示根据实施例之MEMS装置100的示意性透视图。相较于本文中所描述之其他实施例，可移动组件161至199为仅在一侧固定夹持的组件，其中，作为示例，彼此邻近的可移动组件在相对侧固定地夹持且可在叉指组件之意义上布置。亦即，本文中所描述之实施例不限于在两侧夹持的可移动组件。
换言之，图10展示基于MEMS之声换能器100的另一实施例，该基于MEMS之声换能器包含在一侧连接至层121之周围基板的可偏转抵抗性组件161至169，其中这里同样可任意地配置数个抵抗性组件。
图11展示根据实施例之MEMS装置110或其部分(亦即，层122)的示意性透视图，其可包含开口38以及叉指电极22b1及22b2，该等叉指电极22b1及22b2可包含可穿透电极22b1及22b2之接点721至7212，例如，如结合图7b所例示的。
此外，可提供间隔件84a和/或84b，该等间隔件可限制扫过层122之可移动组件与可移动组件自身之间的距离，特定而言最小距离。该等间隔件可由例如电气绝缘材料形成，且可防止覆盖晶圆和/或底部晶圆在晶圆级接合期间在大面积上接合至鳍片，这是因为该等间隔件之尺寸相对较小，在几微米之范围内。该等间隔件可用作输送熔丝。举例而言，在芯片投入使用之前，可例如以特定氢氟酸组合，诸如以HF气相蚀刻(GPE)移除间隔件84a和/或84b。间隔件为任选的，且亦可仅设置于可移动组件之一部分上。
换言之，图11展示基于MEMS之声换能器的层122之透视图且具体化图9之描述的实施方式。
图12a展示根据实施例之MEMS装置1201之部分的示意性俯视图。例示性地，电极22b2之形状为矩形且跨越两个邻近可移动组件161及162之间的间隙大致居中地布置，亦如例如图2a中所展示的。举例而言，可移动组件161及162可形成为梳状。
图12b展示MEMS装置1202之部分的示意性俯视图，其中可移动组件161及162可形成为例如中空体，此允许节省材料。独立于此，电极22b2可例如配置为凹形。
图12c展示MEMS装置1203之部分的示意性俯视图，其中可移动组件161及162形成为实心体，且独立地，电极22b2形成为凸形。图12a、图12b及图12c之不同细节可容易地组合。亦即，布置于基板上之驱动结构的电极沿着垂直于层堆栈方向，亦即，平行于平面方向18之轴向路径可具有恒定或可变的侧向尺寸。上述情况适用于可移动组件上或可移动组件中之电极。
换言之，图12a至图12c展示替代基本胞元之区域的俯视图，其展示可偏转抵抗性组件之各种实施例。就此而言，图12a展示梳状实施方式。图12b展示例示性图示的可偏转抵抗性组件及层22b2之凹形实施方式。另外，展示了抵抗性组件可为在质心纤维之区域中不具有材料的薄壁体。相比之下，图12c展示基本胞元之所示出组件的凸形配置形式。有利地，当例如在偏转期间需要某一力且必须优化(例如，最小化)抵抗性组件之刚性时，将使用此等实施方式。或者，对抵抗性组件与周围基板之间尽可能无应力的过渡的要求愈来愈高，使得在过渡区域中加宽抵抗性组件为有用的。类似地，抵抗性组件之偏转形状可能会受到影响。熟习此项技术者应理解，中空抵抗性组件包含比经填充的抵抗性组件更轻的重量特征。因此，换能器之效能可直接受抵抗性组件之几何设计的影响。不可否认，各种实施例亦可在MEMS换能器中组合。
图13展示根据实施例之MEMS装置130之部分的示意性侧视截面图。此处，例如，层122和/或层123形成为导电的且借助于电气绝缘组件或区域或片段92分成不同的片段或区域，可将不同电位86a/86b及88a/88b分别施加至该等片段或区域，而可向具有例示性H形可移动组件161及162的层121施加参考电位。举例而言，电位86a可为AC-且电位86b可为AC+，和/或DC电位可交替地施加至不同片段。上述情况适用于电位88a/88b。
换言之，图13展示具有线性偏转行为之抵抗性组件。这里，图13展示根据图8a至图8c之另一实施例。不同之处在于抵抗性组件之H形实施方式及分别在覆盖晶圆及底部晶圆中之双电位导引。
具有线性偏转行为之抵抗性组件：这是指在将电压施加至121时；产生电气力86、88。当电压86a/86b及88a/88b分别相等时，力之间发生平衡且抵抗性组件不移动。然而，若86a/86b或88a/88b之间的电压不同，则发生不平衡且抵抗性组件在一个方向上线性地移动。若86a/86b或88a/88b之间的电压反向，则抵抗性组件在相反方向上线性地移动。有利地，此导致周围空腔之体积非常大，从而允许所得换能器具有大的声压位准。然而，此亦需要大的力与抵抗性组件之大偏转。出于此原因，此设计允许待施加之偏转力与所施加电压之间的线性关系。
图14展示根据实施例之MEMS装置140的示意性侧视截面图，该MEMS装置可与MEMS装置130一致。然而，不同于MEMS装置130，MEMS装置140可包括块状或实心的可移动组件161及162。
换言之，图14展示具有线性偏转行为之抵抗性组件，图14藉此用实心抵抗性组件具体化图13。
图15a展示根据实施例之MEMS150的示意性侧视截面图，其中如围绕层121之电气绝缘层323，绝缘层321及322，如同示例性电极层221和222，围绕层122和123周边地形成。此可使得能够进行简单的晶圆接合。
换言之，图15a以横截面视图展示基于MEMS之声换能器的实施例。此实施例展示在其制造之方法步骤中的MEMS声换能器。此处可见，间隔件84在垂直方向上连接至抵抗性组件之两侧。此等间隔件表示力耗散点，该等力耗散点使得可实现层121的均匀接合。在制造制程中之另一步骤中，接着移除此等间隔件。类似地，可设想到，此等间隔件同时为输送防护构件，其允许制造制程期间的无损输送。可设想到，此等间隔件亦仅在第一次施加信号时被破坏，从而在整个B2B制程中提供输送保护。因为在芯片上存在许多此类间隔件，所以可以设计该等间隔件具有不同大小，使得当移除间隔件时，仅选择性地移除一些间隔件而其他间隔件仍然保留：移除较小间隔件且保留较大间隔件。此将使得可以选择性地仅释放或移动某些抵抗性组件。以此方式，可以使用或发行同一芯片用于不同应用(具有或多或少的自由抵抗性组件)。
图15b展示用于根据本文中所描述之实施例的MEMS装置之中间产品150'的示意性侧视图。其展示了当自第一侧961及第二侧962执行蚀刻以形成凹陷981至988时，中心区域中的材料94保留。当蚀刻已经进行使得相对凹陷相接且材料94被释放，则可移动组件便可藉此被释放。举例而言，中间产品150'亦可为已接合的晶圆试样和/或高厚度晶圆，其中由于在两侧上的蚀刻，可产生双倍的纵横比。
图15b展示换能器之实施例的截面图。此图示并不意欲主张一种制造MEMS的方法。确切而言，其展示如装置所主张之此结构的优点。本发明之重要方面为，抵抗性组件在设计上必须对称以确保运动过程期间的均匀变形。非对称设计将导致刚刚描述的非均匀变形行为。因此，所施加电压与抵抗性组件之偏转之间将不再存在线性关系，从而导致高失真因子。蚀刻制程中所使用的方法产生不对称结构。藉由对材料进行机械加工以形成凹槽、沟槽或空腔，不存在平行边缘，而始终为漏斗状凹槽。凹槽底部之宽度始终小于其顶部之宽度。
因此，晶圆之蚀刻方向及后续连接显著地决定了抵抗性组件之形成。
类似地，图15b图示了抵抗性组件之堆栈可增大换能器组件之所得纵横比，而不受所应用的波希法所强加之约束。
图示了已自两侧(前侧及后侧)进行装置晶圆蚀刻以增大抵抗性组件之纵横比。其中：
·981至984层，其具有自前侧的蚀刻方向；
·985至988层，其具有自后侧的蚀刻方向，
·仅示意性地图示层94以展示蚀刻将最终相接；94不再存在于最终产品中。
自两侧进行蚀刻的优点：
-鳍片相对于由第一方向及第二方向横跨的平面对称。因此，所展示的区域96F1及96F2相等且待施加以使抵抗性组件在运动方向上偏转的电气力相等。因此，确保了相同量的均匀偏转。
若仅自一侧蚀刻两个层，则表面96F1及96F2未被均匀配置或他们甚至在其表面区域上彼此偏离。此将导致抵抗性组件之不均匀偏转。
-使凹槽(换言之，沟槽)之纵横比加倍至60。藉由堆栈抵抗性组件，所得换能器组件不再限于波希法。
图15c展示根据实施例之MEMS装置150”之部分的示意性侧视图。就此而言，作为实例，藉由堆栈类似于中间产品150'之结构可获得可移动组件161及162，该堆栈通过堆栈多个此类中间产品来进行，诸如藉由晶圆接合来进行。应注意，图15c仅展示可在图15b中获得之三个可移动组件中之二者。藉由增大纵横比，其相应地藉由沿着平面方向14将其结合而实施，可获得效率的提高，其例如可借助于MEMS装置之扬声器配置而获得，例如这是因为声压位准(SPL)相应地增大。此外，沿着层堆栈方向14进行堆栈使得能够实现沿着此方向的高刚性，此可能会导致对所谓的拉入效应的敏感性较低，且因此可能会导致较低的保持力或平行于层堆栈方向14之较低的竖直偏转，此为有利的。因此，展示一种结构，其中可移动组件包含借助于接合制程连接之多个层。
为了增大SPL，如图15c中所展示的，可将若干层连接在一起。以此方式，沟槽或抵抗性组件之纵横比在理论上可大大增加。此处，相较于在现有技术中报告之必要支撑层(例如，BSOI晶圆中之处置晶圆)，装置层的“连续性”为有利的。
基于图16a、图16b及图16c，示出其中可借助于电极22a1及22f1中之N掺杂或借助于电极22a2及22f2中之p掺杂获得可移动组件上之电极的配置。当将距离可能局部减小的层122和/或123连接至诸如0V(GND)之参考电位时，可获得参考位置。当将负电压施加至层122及123时，由于可移动正电空穴积聚于区22f2及22a2中，因此可将力施加至可移动组件16，此导致电极22a2及22f2在小距离范围中受到外部负电压(AC-)。在图16c中，展示互补配置，其中由于层122及123上之正电压，积聚于区域221及22a1中的大量可移动负电子朝向表面构形52移动。
可移动负电子之积聚亦可对应于不可移动的阳离子之损耗，且反之亦然。由于损耗紧接于积聚，因此能够产生空间电荷区。
可以布置诸如包含氮化硅或氧化硅之电气绝缘层1021及1022以中和表面状态且维持可移动组件16之最中性状态。
图16a至图16c各自展示具有线性偏转行为且基于覆盖驱动之替代驱动。有利地，此配置可改善提供三个电极之常见线性结构。所有三个图示均基本上公开了将层连接至可偏转部件，该层包括邻近于彼此布置且各自连接至可偏转部件的N掺杂区及P掺杂区。该等层为在可偏转组件区域中设置凸起52的覆盖晶圆及底部晶圆。此等凸起一体地连接至覆盖晶圆及基底晶圆，且与可偏转组件具有最小距离，使得防止邻近于可偏转组件之子空腔之间的声学短路。图16a展示在不施加电压之未偏转状态中的装置。
图16b展示在第一偏转状态中之替代驱动。可偏转组件之偏转基于场效应。在该图中，展示在第一方向上之偏转。偏转基于施加至覆盖晶圆及基底晶圆之负电压AC-。由于场效应，在P区中发生电荷载流子之积聚(直接在与氧化物之界面处移动空穴/+，10至20nm深)。此积聚伴随有N区中之损耗区(不可移动的离子/-，1至2μm深)。当鳍片与P区中之覆盖层重迭时，发生等效于偏转力之最大电容改变。
图16c展示在第二偏转状态中之替代驱动。可偏转组件之偏转基于场效应。在该图中，展示在第二方向上之偏转。偏转基于施加至覆盖晶圆及基底晶圆之正电压AC+。由于场效应，在层之N区中发生电荷载流子之积聚(直接在与氧化物之界面处移动空穴/+，10至20nm深)。此积聚伴随有层之P区中的损耗区(不可移动的离子/-，1至2μm深)。当鳍片与P区中之覆盖层重迭时，发生等效于偏转力之最大电容改变。
参考图17a、图17b及图17c，指示了互补状况，其中分别布置于层122及123上或整合于层122及123中的n掺杂区22c1及22b1分别邻近于p掺杂区22c2及22b2而布置。此等区可由电气绝缘层1021和/或1022覆盖。
就此而言，可移动组件16可例如亦经由对应掺杂而形成为导电的。基于负电压AC-或正电压AC+之施加，可触发可移动组件16朝向n掺杂区22c1及22b1或朝向p掺杂区22b2及22c1的移动。
换言之，图17a至图17c展示图16a至图16c之替代驱动，其基于场效应，其中掺杂层整合于覆盖晶圆及底部晶圆中。
图18a展示根据实施例之MEMS装置180的示意性俯视图。相比于本文中所描述之其他实施例，可移动组件经由弹性区域以机械方式连接至MEMS层123，该层在图18a中未图示。就此而言，弹性区域可包含出于此目的而布置的层、剩余层或出于此目的而专门提供的材料。可移动组件被配置为基于驱动力执行弹性区域之旋转移动或变形。
举例而言，弹性区域可设置于区域104中。
图18b展示图18a之A-A'平面中的示意性侧视截面图。由于区域104中之机械及弹性连接，可移动组件162，如连接至层123之其他可移动组件，可执行邻近于层122之移动，该移动类似于摇摆移动或跷跷板移动，使得可邻近于层122执行高幅度移动且可在层123之区域中执行低幅度移动，但具有高材料膨胀。
此配置的优点为仅需要两个而非三个主动切片/晶圆，且无需出于此目的而提供额外层，例如在覆盖层123之区域中。
如结合其他实施例所解释的，可以多种方式实施驱动单元，诸如藉由将电极设置于层122和/或可移动组件162上和/或藉由布置例如掺杂区。可移动组件162之面向层122的一侧(正面)上的电极可被称作面驱动。因此，自正面之此驱动形成本发明之一个实施方式。换言之，藉由相应地配置装置晶圆，可自鳍片正面驱动鳍片(可移动组件162)。举例而言，至少在正面上，第一驱动结构可至少布置于可移动组件之前侧上。举例而言，电极可布置于层121上或中。举例而言，定位可位于可移动组件162与层121的与可移动组件之前侧相关联的一侧之间的前侧。电极之高度可等于或小于可移动组件之高度。
换言之，图18a及图18b展示声换能器之替代结构的俯视图及侧视图。这在可偏转组件与区域104中之覆盖晶圆的连接上显著不同。此连接尤其较佳以材料锁定方式进行。用18指示垂直于抵抗性组件之侧向延伸的替代移动方向。此处，最大偏转发生在底部晶圆之区域中。最小偏转发生在区域104中，即抵抗性组件与覆盖晶圆之连接区域中。连接区域104之刚性可能不同于覆盖晶圆及抵抗性组件之刚性且较佳为较低的。在此状况下，连接区域104为弹簧组件。藉由抵抗性组件彼此分离的所得子空腔经由底部晶圆及覆盖晶圆中之开口连接至周围流体(未图示)。
参考图19中之示意性流程图描述根据本文中所描述之实施例的方法。方法1900之步骤1910可包括控制沿着层堆栈方向布置之两个驱动结构，MEMS装置之多个MEMS层沿着该层堆栈方向布置。步骤1920包括通过该控制在MEMS装置之可移动组件处产生垂直于层堆栈方向之驱动力以使MEMS装置偏转。
可执行该方法，其方式为在所谓的“平衡”或线性控制之意义上，驱动装置之两个邻近电极组件由电极间隙彼此电气绝缘，藉由相对于所施加电位在时间平均上关于参考电位(例如GND)对称地控制电极组件而控制可移动组件之对称和/或线性偏转。替代地，藉由控制可移动组件沿着相对于相反方向的致动方向在时间平均上不对称地偏转，可不对称地或不平衡地或非线性地执行该方法。这可藉由不同电位位准和/或不同时间间隔来获得。
本文中所描述之实施例涉及被配置为具有用于与流体相互作用之大的有效面积的微机电系统MEMS。就此而言，在一些实施例中，可偏转移位组件之有效面积的增加为主要关注点。移位组件(可移动组件16)可直接地或间接地与周围流体接触且相互作用。举例而言，并有此MEMS之微型扬声器可相对于MEMS之表面积产生高声压位准。然而，类似地，在本文中所描述之实施例之范畴内，亦可能用作微型泵、超音波换能器或其他基于MEMS之应用，这是因为其藉由移动流体之任务连接。
下文用其他表述再次概述本发明之核心方面。就此而言，实施例解决了现有蚀刻制程中之结构化限制的问题，亦即，在诸如电蚀、光刻、电铸、纳米压印、研磨或其他SI结构化之体积处理方法中的几何分辨率之限制，诸如待蚀刻之最薄沟槽，以用于表示场驱动之驱动效应，诸如平面内的静电或电磁效应。
“波希”Si结构化方法将经蚀刻的Si结构之纵横比(深度对宽度)限制为通常30。在微型扬声器之当前变体(NED、肌肉(muscle)、梳状)中，描述面积区域之填充因子的静电可偏转组件之结构化(驱动力)以及被动组件(抵抗性结构、移位组件、流体抵抗性结构)之结构化受波希法限制。在微型扬声器中，驱动力及填充因子是获得较高声压位准(SPL)/芯片面积(SPL/mm2)的主要参数。因此，必须找到新的更简单的驱动版本，其不受波希法之纵横比的限制且允许例如100dB/mm2或更高。
本发明之解决方案由在本发明说明书之第6章中的用于使一个或多个抵抗性组件偏转的装置及方法说明。该解决方案包括一种装置，该装置包含MEMS声换能器作为层系统。本发明之核心为：
-增大驱动力：新驱动之驱动力不再受波希法之纵横比限制。基本想法为藉由至少两个圆盘之接合制程来实现电极间隙。因此，不受波希制程之限制，可以将有效电极间隙设定为特别小，且因此可产生大的力。此间隙在待接合的一个圆盘与另一圆盘之间产生。接着藉由间隙将待接合之第一圆盘(装置晶圆)中的主动移动组件(例如，梁结构)与待接合之另一圆盘(覆盖晶圆或基底晶圆)间隔开。因此，沿着主动可移动组件之周边或周边之部分跨越间隙产生驱动。
-在一种实施方式(“覆盖驱动”)中，该力由自覆盖晶圆或底部晶圆之顶部至装置晶圆之顶部的竖直距离定义。覆盖晶圆与装置晶圆之间的距离可独立于波希法来定义，且因此可藉由覆盖驱动获得较大的纵横比或较大的驱动力。此处，驱动沿着作为距离盖子和/或底部最近的电极侧的主动可移动组件之顶部和/或底部(作为周边之上部部分、下部部分)处的纵向边缘进行。
-在一种实施方式(“面驱动”)中，主动可移动组件(例如，细长翼片组件)与盖子或基底之间的力由两个接合圆盘之间的侧向距离决定。两个圆盘将至少部分地彼此啮合。因此，驱动沿着正面(主动可移动结构之周边的侧向部分)进行。有利地，相较于覆盖驱动，此处可省略额外导电层。
-若干装置可堆栈在一起，亦即，所有圆盘皆具有主动可偏转组件。
-增大填充因子：微型扬声器的填充因子之特征例如在于致动器的填充因子与移位平面(装置平面)中之电阻结构的填充因子之间的最大值。若微型扬声器的这两个组件的填充因子均例如受波希法限制，则难以任意地增大微型扬声器之填充因子。因此，使致动器以及抵抗性结构之填充因子独立于波希法是重要的。在覆盖驱动中，致动器以及抵抗性结构层级之填充因子独立于波希姆法。
相较于已知的现有技术，覆盖驱动之特征可例如在于，导电层布置于覆盖晶圆与含有流体抵抗性组件的层之间。类似地，另一导电层布置于含有抵抗性组件的同一层与底部晶圆之间。
如本文中所使用的抵抗性组件并不意谓电气电阻器，而是意谓与周围流体相互作用之抵抗性组件，诸如可移动组件16。换言之，此抵抗性组件亦可被称作移位组件、鳍片或主动或被动致动器。
第一电气层及第二电气层可被结构化，使得可在两个电气层内施加一个或多个单独的电压。若仅需要一个电压(每个覆盖晶圆/底部晶圆)(取决于应用)，则覆盖晶圆或底部晶圆自身可用作第一电气层及第二电气层。
若两个或多于两个电压(每个覆盖晶圆/底部晶圆)为必要的(取决于应用)，则以下情况适用：
第一导电层及第二导电层经由绝缘连接层以机械方式固定连接至顶部晶圆或底部晶圆之层。此等导电层之主侧背离顶部晶圆及底部晶圆之相应邻近层且彼此面向。另一层布置于导电层之两个主侧之间，自该另一层藉由SI结构化方法形成空腔。相对于平行于覆盖晶圆及处置晶圆之层布置的层之平面，此空腔环绕至少一个抵抗性组件。相较于空腔本身，抵抗性组件藉由SI结构化方法自经掺杂半导体材料形成且将空腔细分成子空腔。
藉由覆盖驱动，可实现线性操作及非线性操作二者。其中具有线性偏转行为之实施例与具有非线性偏转行为之实施例彼此不同。较佳的实施例为具有线性偏转行为的驱动。
换言之，覆盖驱动可用以实施“平衡制动器”(线性致动器)与“非平衡制动器”二者。
“平衡制动器”线性操作/线性偏转方法/线性偏转行为的含义如下：
-当将电压施加至第一导电层及第二导电层时，在导电层与抵抗性组件之间产生电气力。当所有导电层上的电压相等时，电气力之间发生平衡且抵抗性组件不移动。
-然而，若第一导电层或第二导电层内的电压不相等(电压1及电压2)，则发生不平衡且抵抗性组件在一个方向或另一方向上线性地移动。若电压1和电压2以反相改变(一者增大且另一者减小)，则两个电气力1及2在相反方向上作用于各抵抗性组件，且因此，一个力增大且另一个力减小。所得力(F1+F2)与所施加电压1及2线性相关，此意谓抵抗性组件之移动亦与电压线性相关。所施加电气信号与抵抗性组件之偏转之间的线性会影响扬声器之声音。关系愈线性，则失真因子愈低。关系愈线性，则扬声器可越好地再现声音。
“非平衡制动器”非线性操作/非线性偏转方法之含义如下：
-仅一个力(而非两个力)在某一方向上作用于抵抗性组件。此力与电压成二次方关系，或，抵抗性组件之移动与电压成二次方关系。亦即，电压与抵抗性组件之移动之间不存在线性相关性。因此，声音之质量受到影响。换言之，扬声器之失真因子相较于具有线性驱动声换能器之扬声器显著更高。
-“非平衡制动器”(非线性操作/非线性偏转方法)通常在技术上更容易实施，这是因为仅需要将一个电压(而非两个或多于两个电压)施加至导电层。亦即，无需结构化导电层。在一个实施例中，甚至可完全省略导电层，使得可直接将必要电压施加于覆盖晶圆或底部晶圆上。在此状况下，可结构化覆盖晶圆及底部晶圆，参见图8a至图8c。
有利地，在本发明之核心想法中能够实现的密集封装可与微谐振器结构组合，使得改善低频率范围中之声辐射。
换言之，电极及所有对应子组件形成于一个或多个层中。子电极之电气绝缘藉由间隔件28提供，该间隔件可包含例如氧化物或氮化物，例如Si2O、Si3N4或AL2O3。
控制抵抗性组件及使抵抗性组件偏转且因此与周围流体相互作用的方法在自一个晶圆悬置或自两个晶圆曝露的不同可移动组件之间可为相同的。
本文中所描述之覆盖驱动的优点为
1.致动器之力可由在晶圆之间的接合期间在可移动组件与底部晶圆或覆盖晶圆之间的间隙控制，但并不由例如蚀刻方法决定。此情形消除了例如波希法对纵横比约为30之限制。亦即，可制造纵横比大于30的致动器。
2.此外，可省去使用BSOI晶圆。对于覆盖晶圆或底部晶圆以及对于装置晶圆，可使用层121，标准化Si晶圆，其便宜得多。
3.此外，相比于经典的NED(纳米观静电驱动)或梳状驱动，可使用通常不能自两侧机器加工以增大纵横比的BSOI晶圆。在制造本文中所描述之覆盖驱动时，可自两侧机器加工BSOI晶圆及晶圆二者，使得藉由波希法制造的抵抗性结构之间的沟槽可具有双倍的纵横比，例如2×30，亦即，大约60。当将多个装置晶圆接合在一起时，可进一步增大纵横比，如例如结合图15b及图15c所描述的。举例而言，可获得120(两个装置晶圆)、180(三个装置晶圆)、240(四个装置晶圆)等的纵横比。
4.由于致动器之填充因子(参见第一优点)以及装置层级之填充因子(参见先前优点)可独立于诸如波希法的方法，因此可大大地改善整个系统之填充因子，亦即，致动器或抵抗性结构/面积单元之数目。
a)因为致动器之部分，即电极间隙，与装置平面脱离(本发明之核心想法)，所以装置平面中之机械及可移动组件可更密集地封装，且因此整个系统之填充因子(致动器或抵抗性结构/面积单元之数目)可有利地得到大大地改善(单位面积的声音更大)。
b)此外，可堆栈相对于装置高度之一半的对称系统，且因此理论上可增大表观纵横比而无限制。其基础为相对于装置平面不存在任何支撑层或类似者。
5.用于装置以及覆盖晶圆/底部晶圆之简单技术：经填充的HR沟槽不可用于实现芯片上的绝缘(HR＝高纵横比)。预期在一个平面内(在抵抗性组件与覆盖晶圆及底部晶圆之间)无短路。此显著地提高可从晶圆切割而无短路的芯片之良率。
6.实施例之最终装置仅由Si及SiO2组成。不需要AL2O3层或其他层，这些层例如可在系统中诱发应力。
7.自两侧(顶部及底部)驱动抵抗性结构。致动器自两侧(顶部及底部)且在抵抗性结构之整个长度上对称地存在。相较于仅自一侧驱动抵抗性结构的状况，抵抗性结构不会摆动。
8.抵抗性结构之间无电场：装置晶圆在任何地方皆具有相同电位->无滤波效应。
9.可以在1000℃下直接接合Si-SiO2或SiO2-SiO2：可在一个炉中同时接合25至50个晶圆。此情形可导致制造制程中的成本节省
a.可以避免抵抗性结构之间的侧向拉入：所有抵抗性结构皆具有相同电位。
尽管已关于装置描述了一些方面，但应理解，此等方面亦表示对应方法之描述，使得装置之区块或组件亦应理解为对应方法步骤或方法步骤之特征。类似地，结合方法步骤或作为方法步骤而描述之方面亦表示对应装置之对应区块或细节或特征的描述。
取决于特定实施方式要求，本发明之实施例可以硬件或以软件实施。可使用例如以下各者之数字储存媒体执行该实施方式：软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或任何其他磁性或光学储存媒体，其上储存有电子可读控制信号，该电子可读控制信号可交互或可与可编程计算机系统互动以便执行相应方法。因此，数字储存媒体可为计算机可读的。因此，根据本发明之一些实施例包含一种数据载体，该数据载体具有能够与可编程计算机系统互动使得执行本文中所描述之任一方法的电子可读控制信号。
一般而言，本发明之实施例可实施为具有程序代码之计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作以执行任一方法。举例而言，程序代码亦可储存于机器可读媒体上。
其他实施例包括用于执行本文中所描述之任一方法的计算机程序，其中计算机程序储存于机器可读载体上。
换言之，根据本发明之方法的实施例因此为计算机程序，其包含当计算机程序运行于计算机上时用于执行本文中所描述之任一方法的程序代码。因此，根据本发明之方法的另一实施例为数据载体(或数字储存媒体或计算机可读媒体)，用于执行本文中所描述之任一方法的计算机程序记录于该数据载体上。
因此，根据本发明之方法的另一实施例为构成用于执行本文中所描述之任一方法之计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可例如被配置为经由数据通讯链路传送，例如经由因特网传送。
另一实施例包含被配置或被适配为执行本文中所描述之任一方法的处理装置，诸如计算机或可编程逻辑设备。
另一实施例包含计算机，该计算机具有安装于其上的用于执行本文中所描述之任一方法的计算机程序。
在一些实施例中，可编程逻辑设备(例如，场可编程门阵列(FPGA))可用以执行本文中所描述之方法的一些或全部功能。在一些实施例中，场可编程门阵列可与微处理器互动以执行本文中所描述之任一方法。一般而言，在一些实施例中，在任何硬件装置之部分上执行该方法。该硬件装置可为诸如计算机处理器(CPU)之通用硬件或特定于该方法之硬件，诸如ASIC。
上文所描述之实施例仅说明本发明之原理。应理解，对本文中所描述之布置及细节的修改及变化对于熟习此项技术者而言将是显而易见的。因此，本发明意欲仅受下文的权利要求之保护范畴限制，且不受参考实施例之描述及解释而呈现的特定细节限制。

Claims (23)

1.一种MEMS装置，其包含：
层堆栈(12)，其包含沿着层堆栈方向(14)布置的多个MEMS层；
可移动组件(16)，其形成于第一MEMS层(121)中；所述可移动组件布置于所述层堆栈(12)的第二MEMS层(122)与第三MEMS层(123)之间，
驱动单元(22)，其包含以机械方式固定连接至所述可移动组件(16)的第一驱动结构(22a)及以机械方式固定连接至所述第二MEMS层(122)的第二驱动结构(22b)；
其中所述驱动单元(22)被配置为在所述可移动组件(16)上产生垂直于所述层堆栈方向(14)的驱动力(F)，且所述驱动力(F)被配置为使所述可移动组件偏转。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中所述第一驱动结构(22a)及所述第二驱动结构(22b)由间隙间隔开且布置成彼此相对；其中所述间隙沿着所述层堆栈方向(14)的尺寸由接合制程调整。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS装置，其中所述可移动组件包含由接合制程接合的多个层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述第二驱动结构(22b)为至少包含一个第一电极组件及与其电气绝缘的一个第二电极组件的结构化电极结构；所述MEMS装置被配置为将第一电位施加至所述第一电极组件且将不同的第二电位施加至所述第二电极组件；其中所述MEMS装置进一步被配置为将第三电位施加至所述第一驱动结构(22a)以在所述第三电位与所述第一电位或所述第二电位的协作下产生所述驱动力(F)。
5.根据权利要求4所述的MEMS装置，其中所述第一电极组件及所述第二电极组件由电极间隙(28)彼此电气绝缘，其中所述可移动组件(16)的静止位置对称和/或不对称地布置成与所述电极间隙(28)相对。
6.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，
其中所述可移动组件的横截面为多边形、单曲线形或多曲线形；或
其中所述可移动组件在沿着所述层堆栈方向(14)的横截面中具有垂直于所述层堆栈方向(14)的可变尺寸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述第二驱动结构(22b)的电极沿着垂直于所述层堆栈方向(14)的轴向路径具有垂直于所述轴向方向的恒定或可变的侧向尺寸。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的MEMS装置，其中所述驱动单元(22)包含以机械方式固定连接至所述第三MEMS层(123)的第三驱动结构(22c)，其中第一间隙布置于所述第一驱动结构(22a)与所述第二驱动结构(22b)之间，且第二间隙布置于所述第一驱动结构(22a)与所述第三驱动结构(22c)之间；
其中所述驱动单元(22)被配置为基于所述第一驱动结构(22a)与所述第二驱动结构(22b)之间的第一相互作用以及所述第一驱动结构(22a)与所述第三驱动结构(22c)之间的第二相互作用而提供所述驱动力(F)。
9.根据权利要求8所述的MEMS装置，其中所述驱动单元(22)被配置为基于所述第一相互作用而产生第一驱动力分量且基于所述第二相互作用而产生第二驱动力分量，所述MEMS装置被配置为产生同相或具有相移的所述第一驱动力分量及所述第二驱动力分量。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的MEMS装置，其中所述可移动组件经由弹性区(104)以机械方式连接至所述第三MEMS层(123)；其中所述可移动组件被配置为在使所述弹性区(104)变形时基于所述驱动力(F)执行旋转移动。
11.根据权利要求10所述的MEMS装置，其中在正面上，所述第一驱动结构布置于所述可移动组件的正面上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中电极结构布置于面向所述第二MEMS层(122)和/或面向所述第三MEMS层(123)的一侧上，且形成所述第一驱动结构(22a)的至少部分。
13.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述可移动组件在面向所述第二MEMS层(122)的一侧上包含表面纹理和/或所述第二MEMS层(122)在面向所述可移动组件(16)的一侧上包含表面纹理，以局部地改变所述可移动组件(16)与所述第二MEMS层(122)之间的距离。
14.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述第一驱动结构(22a)的电极和/或所述第二驱动结构(22b)的电极以叉指方式布置及互连。
15.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其包含多个可移动组件，所述多个可移动组件在共同MEMS平面中并排布置且流体地或借助于耦接组件彼此耦接。
16.根据权利要求15所述的MEMS装置，其中在所述多个可移动组件(16)中的各者上，布置有包括至少两个并排布置的连接电极的驱动结构，所述至少两个连接电极中的一个电极连接至第一电位且所述至少两个连接电极中的第二电极连接至不同的第二电位；其中邻近可移动组件的对向电极连接至所述第一电位与所述第二电位的组合。
17.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述可移动组件可移动地布置于MEMS空腔中，其中借助于所述可移动组件(16)的移动，所述空腔的至少子空腔的尺寸交替地扩大及减小，其中所述子空腔局部地延伸至所述第二MEMS层(122)中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述可移动组件包含沿着垂直于所述层堆栈方向(14)的轴向延伸方向的组件长度，其中所述第一驱动结构(22a)的电极包含沿着所述组件长度的多个电极片段，邻近电极片段由电气导体彼此电气连接，所述电气导体沿着垂直于所述组件长度的方向具有比所述电极片段低的机械刚性。
19.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述可移动组件被配置为提供与流体的相互作用。
20.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS装置，其中所述驱动单元(22)包含布置于所述第二MEMS层(122)的背离所述可移动组件(16)的一侧上的第四驱动结构(22d)，其他可移动组件邻近于所述第四驱动结构(22d)而布置且与所述可移动组件(16)形成堆栈式布置。
21.一种操作MEMS装置的方法，其包含以下步骤：
控制(1910)沿着层堆栈方向布置的两个驱动结构，所述MEMS装置的多个MEMS层沿着所述层堆栈方向布置，以及
通过所述控制在所述MEMS装置的可移动组件上产生(1920)垂直于所述层堆栈方向的驱动力以使所述MEMS装置偏转。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述可移动组件(16)的对称和/或线性偏转借助于两个邻近电极组件的MEMS装置通过在时间平均上相对于所施加电位对称地控制电极组件而控制，所述两个邻近电极组件由电极间隙(28)彼此电气绝缘。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述可移动组件(16)的所述偏转沿着相对于相反方向的致动方向在时间平均上被不对称地控制。
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