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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches System gemäß Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems gemäß Patentanspruch 9.
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Stand der Technik
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Mikromechanische Strukturen (MEMS-Strukturen) finden im Stand der Technik vielfältigen Einsatz, beispielsweise als X- und Y-Beschleunigungssensoren. Solche mikromechanischen Systeme weisen ein bewegliches Element auf, das über mindestens ein Federelement mit einem Substrat verbunden ist. Das bewegliche Element weist dabei Elektrodenfinger auf, die fest mit dem Substrat verbundenen Elektroden benachbart sind. Eine auf den Beschleunigungssensor einwirkende Beschleunigung führt zu einer Auslenkung des beweglichen Elements, wodurch sich eine elektrische Kapazität zwischen den Elektrodenfingern und den feststehenden Elektroden ändert. Diese Kapazitätsänderung stellt ein Maß für die Grö-ße der einwirkenden Beschleunigung dar.
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Zur Herstellung solcher mikromechanischer Strukturen ist es bekannt, eine dicke Polysiliziums-Funktionsschicht über einer dünnen vergrabenen Polysiliziumschicht auf einem Substrat anzuordnen. Das bewegliche Element und die feststehenden Elektroden werden dabei aus der Funktionsschicht gefertigt, während die dünne Schicht zur Herstellung von Leiterbahnen dient. Aus der
DE 10 2007 060 878 A1 ist außerdem bekannt, zwischen der Funktionsschicht und der vergrabenen Polysiliziumschicht eine zweite vergrabene Polysiliziumschicht vorzusehen.
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Die aus der Funktionsschicht gefertigten feststehenden Elektroden sind üblicherweise in einem Teilbereich mit der darunter liegenden dünnen Polysiliziumschicht verbunden. Es ist wünschenswert, eine möglichst dicke Funktionsschicht zu verwenden, um große elektrische Kapazitäten zu erreichen. Mit zunehmender Dicke der Funktionsschicht nimmt allerdings die Stabilität der Verankerung der feststehenden Elektroden ab. Zu große auf das mikromechanische System einwirkende Beschleunigungen können zu einem Abbrechen der feststehenden Elektroden führen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 047 628 B4 sind Maßnahmen zur möglichst stressarmen Einbindung einer dünnen Membran in den Schichtaufbau eines mikromechanischen Bauelements bekannt. Die Membran wird dazu über mindestens eine Hilfsschicht mit einem Opferschichtsockel verbunden, und zwar so, dass sich der Verbindungsbereich auf den Mittelbereich des Opferschichtsockels beschränkt, während sich die Hilfsschicht seitlich über den Verbindungsbereich hinaus erstreckt.
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Aus der Druckschrift
US 2005 002 079 A1 sind MEMS-Spiegelarrays bekannt, die monolithisch in CMOS-Steuerelektronik integriert sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes mikromechanisches System bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes mikromechanisches System umfasst ein Substrat und eine über dem Substrat angeordnete Elektrode, die über eine vertikale Feder mit dem Substrat verbunden ist. Die vertikale Feder ist dabei abschnittsweise in einer ersten leitfähigen Schicht und abschnittsweise in einer zweiten leitfähigen Schicht ausgebildet, wobei die zweite leitfähige Schicht über der ersten leitfähigen Schicht und die erste leitfähige Schicht über dem Substrat angeordnet ist. Außerdem ist die Elektrode in einer dritten leitfähigen Schicht ausgebildet, die über der zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht eine solche flexible Federanbindung der Elektrode an das Substrat die Verwendung auch sehr dicker Elektroden. Härte und Bruchkraft der vertikalen Feder können über das Design der Feder eingestellt werden. Die Aufhängung der Elektrode mittels vertikaler Feder benötigt dabei nicht mehr Platz als herkömmliche Aufhängungen. Vorteilhaft ist auch, dass die vertikale Feder einfach und ohne große Änderung an bisherigen Prozessabläufen realisiert werden kann. Durch die Verwendung der vertikalen Feder wird das mikromechanische System deutlich stabiler gegenüber äußeren Einflüssen.
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Die vertikale Feder umfasst einen ersten Federarm und einen zweiten Federarm. Dabei ist der erste Federarm an einem ersten oberen Befestigungspunkt mit der Elektrode und an einem ersten unteren Befestigungspunkt mit einem Sockel verbunden. Entsprechend ist der zweite Federarm an einem zweiten oberen Befestigungspunkt der Elektrode und an einem zweiten unteren Befestigungspunkt mit dem Sockel verbunden. Der Sockel ist dabei in der ersten leitfähigen Schicht ausgebildet, während die Federarme in der zweiten leitfähigen Schicht ausgebildet sind. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausgestaltung der vertikalen Feder eine stabile Aufhängung der Elektrode bei nur geringem Platzbedarf.
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Bevorzugt ist in einer Richtung senkrecht zum Substrat unterhalb der unteren Befestigungspunkte eine Isolationsschicht unterhalb des Sockels angeordnet. Andernfalls entstände bei einer Belastung der vertikalen Feder im Bereich der unteren Befestigungspunkte eine Spannungsüberhöhung, die eine Beschädigung der vertikalen Feder zur Folge haben könnte.
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Gemäß einer Ausführungsform des mikromechanischen Systems weisen die unteren Befestigungspunkte zueinander einen geringeren Abstand als die oberen Befestigungspunkte auf. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine besonders platzsparenden Anordnung.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform des mikromechanischen Systems sind die Federarme etwa parallel zueinander und in die gleiche Richtung weisend orientiert und weisen jeweils etwa die gleiche Länge auf. Vorteilhafterweise können durch diese Ausbildung der vertikalen Feder voneinander abweichende mechanische Eigenschaften der einzelnen leitfähigen Schichten, beispielsweise unterschiedlicher intrinsischer Stress oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, ausgeglichen werden, da sie in der vorgeschlagenen Ausgestaltung der vertikalen Feder nicht zu Verspannungen oder Verbiegungen führen.
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Besonders bevorzugt ist zumindest einer der unteren Befestigungspunkte in dieser Ausführungsform in einer Richtung senkrecht zum Substrat unterhalb eines beweglichen Elements des mikromechanischen Systems angeordnet. Vorteilhafterweise kann dann die Größe und damit die Stabilität der vertikalen Feder erhöht werden, ohne gleichzeitig den Platzbedarf der vertikalen Feder zu erhöhen.
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Alternativ kann die vertikale Feder in einer Richtung senkrecht zum Substrat vollständig unter der Elektrode angeordnet sein, wodurch ebenfalls eine gute Platzausnutzung gewährleistet ist.
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In einer Weiterbildung des mikromechanischen Systems ist zwischen dem ersten Federarm und dem zweiten Federarm ein zentraler Federarm angeordnet, der im Wesentlichen senkrecht zum Substrat orientiert ist. Vorteilhafterweise wird dadurch eine hohe Steifigkeit der vertikalen Feder bezüglich Drehungen um eine zur Substratoberfläche senkrechte Richtung erreicht, während um den zentralen Federarm eine Drehung um eine zur Substratoberfläche parallele Achse erfolgen kann.
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Bevorzugt ist unterhalb der Elektrode ein von der Elektrode beabstandeter und mit dem Substrat verbundener Anschlag vorhanden, der eine mögliche Auslenkung der Elektrode begrenzt. Vorteilhafterweise wird dadurch im Falle eines Einwirkens einer großen Beschleunigung auf das mikromechanische System ein definiertes Anschlagen der Elektrode an den Anschlag sichergestellt.
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Ebenfalls bevorzugt weist das mikromechanische System ein bewegliches Element auf, das über ein Federelement mit dem Substrat verbunden ist. Dabei weist die vertikale Feder eine höhere Steifigkeit als das Federelement auf. Dadurch ist gewährleistet, dass eine gewöhnlichen Betriebsbedingungen entsprechende Beschleunigung in erster Näherung nur zu einer Auslenkung des beweglichen Elements, nicht aber der Elektrode, führt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Systems mit einem Substrat und einer über dem Substrat angeordneten Elektrode weist Schritte auf zum Abscheiden einer ersten Isolationsschicht auf einem Substrat, zum Abscheiden und Strukturieren einer ersten leitfähigen Schicht, wobei ein Sockel der vertikalen Feder geschaffen wird, zum Abscheiden und Strukturieren einer zweiten Isolationsschicht, zum Abscheiden und Strukturieren einer zweiten leitfähigen Schicht, wobei die Federarme der vertikalen Feder geschaffen werden, zum Abscheiden und Strukturieren einer dritten Isolationsschicht, zum Abscheiden und Strukturieren einer dritten leitfähigen Schicht, wobei die Elektrode geschaffen wird, die über die vertikale Feder mit dem Substrat verbunden ist, und zum Herauslösen eines Teils der ersten Isolationsschicht, der zweiten Isolationsschicht und der dritten Isolationsschicht. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung eines mikromechanischen Systems mit den oben genannten vorteilhaften Eigenschaften. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren nur geringe Änderungen an bekannten Prozessfolgen erfordert.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Aufsicht auf ein mikromechanisches System;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer mittels einer vertikalen Feder aufgehängten feststehenden Elektrode;
- 3 bis 13 Bearbeitungsschritte bei der Herstellung des mikromechanischen Systems;
- 14 einen Schnitt durch ein mikromechanisches System gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 15 einen Schnitt durch ein mikromechanisches System gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 16 einen Schnitt durch ein mikromechanisches System gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 17 eine Aufsicht auf ein mikromechanisches System gemäß einer vierten Ausführungsform; und
- 18 einen Schnitt durch das mikromechanische System gemäß der vierten Ausführungsform.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand unterschiedlicher Ausführungsformen eines mikromechanischen Beschleunigungssensors erläutert. Diese Darstellung ist jedoch lediglich beispielhaft. Die Erfindung lässt sich auch auf andere mikromechanische Systeme übertragen.
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1 zeigt eine schematisierte Aufsicht auf ein mikromechanisches System 100. Das mikromechanische System 100 ist in z-Richtung oberhalb eines in einer x-y-Ebene liegenden Substrats 200 ausgebildet. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein Siliziumsubstrat handeln.
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Das mikromechanische System 100 der 1 ist ein Beschleunigungssensor zur Detektion von in y-Richtung wirkenden Beschleunigungen. Das mikromechanische System 100 weist ein bewegliches Element 110 auf, das über Federelemente 120 mit dem Substrat 200 verbunden ist und durch von außen einwirkende Beschleunigungen gegen den Widerstand der Federelemente 120 in y-Richtung auslenkbar ist.
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Das bewegliche Element 110 weist mehrere bewegliche Elektroden 140 auf, die starr mit dem beweglichen Element 110 verbunden sind. Den beweglichen Elektroden 140 benachbart weist das mikromechanische System 100 mehrere feststehende Elektroden 130 auf, die im Wesentlichen starr mit dem Substrat 200 verbunden sind. Sowohl die feststehenden Elektroden 130 als auch die beweglichen Elektroden 140 sind elektrisch leitfähig und mit einer elektrischen Schaltung verbunden. Zwischen den feststehenden Elektroden 130 und den beweglichen Elektroden 140 besteht eine elektrische Kapazität, deren Größe vom Abstand der beweglichen Elektroden 140 zu den feststehenden Elektroden 130 abhängt. Eine durch eine auf das mikromechanische System 100 wirkende äußere Beschleunigung verursachte Auslenkung des beweglichen Elements 110 hat eine Änderung dieser elektrischen Kapazität zur Folge, die mittels der elektrischen Schaltung detektierbar ist und ein Maß für die Größe der Beschleunigung darstellt.
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Die feststehenden Elektroden 130 sind in der x-y-Ebene in x-Richtung weisend länglich ausgebildet und lediglich einseitig mit dem Substrat verbunden. Im Stand der Technik ist diese Verbindung so starr ausgeführt, dass gewöhnlich auftretende Beschleunigungen nur zu einer minimalen Auslenkung der feststehenden Elektroden 130 führen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass übergroße äußere Beschleunigungen ein Abbrechen der feststehenden Elektroden 130 zur Folge haben können. Die feststehenden Elektroden 130 des mikromechanischen Systems 100 weisen daher erfindungsgemäß eine verbesserte Aufhängung auf, die im Folgenden beschrieben wird.
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2 zeigt einen zur x-z-Ebene parallelen Schnitt durch eine der feststehenden Elektroden 130. Die Elektrode 130 ist unter dem Einfluss einer in z-Richtung wirkenden Beschleunigung dargestellt. Die Elektrode 130 ist als in x-Richtung weisender länglicher Balken ausgebildet, der einseitig über eine vertikale Feder 300 und eine erste Isolationsschicht 240 mit dem in z-Richtung darunter liegenden Substrat 200 verbunden ist. Die vertikale Feder 300 weist dabei einen ersten Federarm 320 und einen zweiten Federarm 330 auf. Die schematisierte Darstellung der 2 zeigt, dass die Federarme 320, 330 der vertikalen Feder 300 derart elastisch ausgebildet sind, dass die Elektrode 130 um eine zur y-Achse parallele Drehachse verkippen kann, ohne dass die vertikale Feder 300 dadurch beschädigt wird. In der Darstellung der 2 ist die Elektrode 130 derart weit verkippt, dass das der vertikalen Feder 300 abgewandte Ende der Elektrode 130 das Substrat 200 berührt.
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Nachfolgend wird die Herstellung des mikromechanischen Systems 100 mit der vertikalen Feder 300 erläutert.
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3 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf das in der x-y-Ebene liegende Substrat 200. 4 zeigt einen zur x-z-Ebene parallelen Schnitt durch das Substrat 200 im selben Bearbeitungsstand wie in 3. Auf das Substrat 200 ist zunächst eine erste Isolationsschicht 240 aufgebracht worden. Die erste Isolationsschicht 240 ist elektrisch isolierend und dient in einem nachfolgenden Prozessschritt als Opferschicht. Die Isolationsschicht 240 kann beispielsweise ein Oxid, etwa ein Silizium-Oxid, aufweisen. Das Abscheiden der ersten Isolationsschicht 240 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein.
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Auf der ersten Isolationsschicht 240 wurde eine erste leitfähige Schicht 210 abgeschieden. Anschließend wurde die erste leitfähige Schicht 210 derart strukturiert, dass sie lediglich in einigen Bereichen in der x-y-Ebene auf der ersten Isolationsschicht 240 verblieben ist. Das Abscheiden und Strukturieren der ersten leitfähigen Schicht 210 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein. Die erste leitfähige Schicht 210 besteht aus einem leitfähigen Material, beispielsweise aus dotiertem polykristallinem Silizium. Die erste leitfähige Schicht 210 dient zur Herstellung eines Sockels der vertikalen Feder 300 und kann in anderen Bereichen des mikromechanischen Systems 100 auch zur Herstellung von Leiterbahnen und Elektroden verwendet werden. Die erste leitfähige Schicht 210 kann daher auch als Leiterbahnebene oder als vergrabene Leiterbahnebene bezeichnet werden.
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5 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 200 in einem zweiten Bearbeitungsstand. 6 zeigt einen Schnitt durch das Substrat 200 im selben Bearbeitungsstand. Es wurde eine zweite Isolationsschicht 250 auf der ersten Isolationsschicht 240 und der ersten leitfähigen Schicht 210 aufgebracht. Außerdem wurde die zweite Isolationsschicht 250 derart strukturiert, dass in zwei Bereichen in z-Richtung oberhalb der verbliebenen ersten leitfähigen Schicht 210 die erste leitfähige Schicht 210 freigelegt wurde. Die zweite Isolationsschicht 250 besteht wie die erste Isolationsschicht 240 aus einem elektrisch isolierenden Material und dient in einem nachfolgenden Prozessschritt ebenfalls als Opferschicht. Die zweite Isolationsschicht 250 kann beispielsweise ebenfalls aus einem Oxid bestehen. Das Abscheiden und Strukturieren der zweiten Isolationsschicht 250 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein.
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7 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 200 in einem weiteren Bearbeitungsstand. 8 zeigt einen Schnitt durch das Substrat 200 im selben Bearbeitungsstand. Es wurde eine zweite leitfähige Schicht 220 auf die zweite Isolationsschicht 250 und die freigelegten Bereiche der ersten leitfähigen Schicht 210 aufgebracht. Die zweite leitfähige Schicht 220 wurde anschließend derart strukturiert, dass die zweite leitfähige Schicht 220 im dargestellten Bereich des Substrats 200 lediglich in zwei Abschnitten verblieben ist, die in z-Richtung oberhalb der verbliebenen Bereiche der ersten leitfähigen Schicht 210 angeordnet sind. Das Abscheiden und Strukturieren der zweiten leitfähigen Schicht 220 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein. Die zweite leitfähige Schicht 220 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus dotiertem polykristallinem Silizium. Bei der Herstellung der vertikalen Feder 300 dient die zweite leitfähige Schicht 220 zum Ausbilden von Federarmen. In übrigen Bereichen des mikromechanischen Systems 100 kann die zweite leitfähige Schicht 220 auch zur Herstellung von Leiterbahnen und Elektroden verwendet werden. Aus diesem Grund kann die zweite leitfähige Schicht 220 auch als zweite vergrabene Leiterbahnebene bezeichnet werden.
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9 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 200 in einem weiteren Bearbeitungsstand. 10 zeigt einen Schnitt durch das Substrat 200 im selben Bearbeitungsstand. Es wurde eine dritte Isolationsschicht 260 aufgebracht und derart strukturiert, dass die im vorhergehenden Arbeitsschritt angelegten Bereiche der zweiten leitfähigen Schicht 220 teilweise freigelegt sind. Die dritte Isolationsschicht 260 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material und dient in einem nachfolgenden Prozessschritt als Opferschicht. Die dritte Isolationsschicht 260 kann beispielsweise aus einem Oxid bestehen. Das Abscheiden und Strukturieren der dritten Isolationsschicht 260 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein.
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11 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat 200 in einem weiteren Bearbeitungsstand. 12 zeigt einen Schnitt durch das Substrat 200 im selben Bearbeitungsstand. Es wurde eine dritte leitfähige Schicht 230 auf die dritte Isolationsschicht 260 und die freigelegten Bereiche der zweiten leitfähigen Schicht 220 aufgebracht. Außerdem wurde die dritte leitfähige Schicht 230 derart strukturiert, dass die dritte leitfähige Schicht 230 in der x-y-Ebene lediglich im Bereich der entstehenden feststehenden Elektrode 130 verblieben ist. Das Abscheiden und Strukturieren der dritten leitfähigen Schicht 230 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgt sein. Außerdem wurden mehrere senkrechte Gräben 150 geschaffen, die von der Oberfläche der dritten leitfähigen Schicht 230 durch die dritte leitfähige Schicht 230 bis zur darunter liegenden dritten Isolationsschicht 260 verlaufen. Die dritte leitfähige Schicht 230 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus dotiertem polykristallinem Silizium. Da aus der dritten leitfähigen Schicht 260 funktionale Elemente des mikromechanischen Systems 100 erzeugt werden, kann die dritte leitfähige Schicht 260 auch als Funktionsschicht bezeichnet werden. Die dritte leitfähige Schicht 230 weist in z-Richtung eine höhere Dicke als die erste leitfähige Schicht 210 und die zweite leitfähige Schicht 220 auf. Die dritte leitfähige Schicht 230 kann jedoch auch genauso dünn oder sogar dünner als die darunter liegenden leitfähigen Schichten 210, 220 ausgebildet werden.
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13 zeigt eine Aufsicht auf die fertig prozessierte feststehende Elektrode 130 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt. 14 zeigt einen Schnitt durch die fertig prozessierte feststehende Elektrode 130. Mittels eines Opferschichtprozesses wurden Teile der ersten Isolationsschicht 240, der zweiten Isolationsschicht 250 und der dritten Isolationsschicht 260 entfernt. Der Opferschichtprozess kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln, beispielsweise mittels eines Ätzvorgangs erfolgt sein. Dabei dringt das Ätzmedium durch die vorab angelegten Gräben 150 zu den Bereichen der Isolationsschichten 240, 250, 260 vor. Die Isolationsschichten 240, 250, 260 wurden derart entfernt, dass im Bereich der feststehenden Elektrode 130 lediglich ein unter der vertikalen Feder 300 angeordneter Abschnitt der ersten Isolationsschicht 240 verblieben ist, der die vertikale Feder mit dem darunter liegenden Substrat 200 verbindet. Die zweite Isolationsschicht 250 und die dritte Isolationsschicht 260 wurden derart vollständig entfernt, dass die vertikale Feder 300 und die feststehende Elektrode 130 komplett freiliegen.
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In der in 14 dargestellten Ausführungsform weist die vertikale Feder 300 einen Sockel 310 auf, der aus der ersten leitfähigen Schicht 210 gebildet ist. In z-Richtung unterhalb des Sockels 310 ist ein Teil der ersten Isolationsschicht 240 verblieben, der den Sockel 310 mit dem Substrat 200 verbindet. In z-Richtung oberhalb des Sockels 310 weist die vertikale Feder 300 den ersten Federarm 320 und den zweiten Federarm 330 auf. Der erste Federarm 320 ist an einem ersten unteren Befestigungspunkt 360 mit dem Sockel und an einem ersten oberen Befestigungspunkt 340 mit der feststehenden Elektrode 130 verbunden. Der zweite Federarm 330 ist an einem zweiten unteren Befestigungspunkt 370 mit dem Sockel 310 und an einem zweiten oberen Befestigungspunkt 350 mit der feststehenden Elektrode 130 verbunden. Die Federarme 320, 330 sind im Wesentlichen aus der zweiten leitfähigen Schicht 220 gebildet. Die unteren Befestigungspunkte 360, 370 sind am Übergang zwischen der ersten leitfähigen Schicht 210 und der zweiten leitfähigen Schicht 220 gebildet. Die oberen Befestigungspunkte 340, 350 sind am Übergang zwischen der zweiten leitfähigen Schicht 220 und der dritten leitfähigen Schicht 230 gebildet.
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In der in 14 dargestellten Ausführungsform sind die Federarme 320, 330 in x-Richtung V-förmig angeordnet. In x-Richtung liegen also die unteren Befestigungspunkte 360, 370 einander näher als die oberen Befestigungspunkte 340, 350. In y-Richtung kann die vertikale Feder 300 bei gleichbleibendem Querschnitt über die gesamte Breite der feststehenden Elektrode 130 verlängert sein. Der in z-Richtung unterhalb des Sockels 310 verbliebene Rest der ersten Isolationsschicht 240 ist in x-Richtung derart ausgedehnt, dass die unteren Befestigungspunkte 360, 370 in x-Richtung vollständig durch die erste Isolationsschicht 240 unterlegt sind. In z-Richtung senkrecht unterhalb der Befestigungspunkte 360, 370 ist also noch ein Bereich der ersten Isolationsschicht 240 verblieben. Andernfalls wäre zu befürchten, dass im Bereich der unteren Befestigungspunkte 360, 370 eine Kante mit einer Spannungsüberhöhung entsteht, die zum Abreißen der vertikalen Feder 300 führen kann. Die V-förmige Anordnung der Federarme 320, 330 hat den Vorteil, dass der verbliebene Bereich der ersten Isolationsschicht 240 sehr klein gewählt werden kann.
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15 zeigt einen Schnitt durch die feststehende Elektrode 130 des mikromechanischen Systems 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist ein Anschlag 160 vorgesehen, der in z-Richtung unterhalb des freien Endes der feststehenden Elektrode 130, also in x-Richtung am der vertikalen Feder 300 entgegen gesetzten Ende der feststehenden Elektrode 130, angeordnet ist. Der Anschlag 160 weist in der x-y-Ebene eine beispielsweise runde oder rechteckige Kontur auf. In z-Richtung umfasst der Anschlag 160 einen Bereich der ersten Isolationsschicht 240, einen Bereich der ersten leitfähigen Schicht 210 und einen Bereich der zweiten leitfähigen Schicht 220. Der Anschlag 160 kann gleichzeitig mit der feststehenden Elektrode 130 hergestellt worden sein. Der Anschlag 160 dient dazu, ein durch die vertikale Feder 300 ermöglichtes Verkippen der feststehenden Elektroden 130 unter dem Einfluss einer großen äußeren Beschleunigung zu begrenzen. Auch sehr große äußere Beschleunigungen verkippen die feststehende Elektrode 130 dann lediglich soweit, bis die feststehende Elektrode 130 am Anschlag 160 anschlägt. Durch dieses definierte Anschlagen wird eine eventuelle Beschädigung der feststehenden Elektrode 130 und der vertikalen Feder 300 verhindert.
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16 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer feststehenden Elektrode 130 eines mikromechanischen Systems 100. In der Ausführungsform der 16 wurde die vertikale Feder 300 durch eine vertikale Feder 1300 ersetzt. Die vertikale Feder 1300 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen dadurch, dass sie zusätzlich zu den V-förmig angeordneten Federarmen einen zentralen Federarm 380 aufweist. Dieser zentrale Federarm 380 verläuft parallel zur z-Richtung, also senkrecht zur Oberfläche des Substrats 200 zwischen dem Sockel der vertikalen Feder 1300 und der feststehenden Elektrode 130. In y-Richtung ist der zentrale Federarm balkenförmig ausgebildet. Die V-förmig angeordneten Federarme und der zentrale Federarm 380 sind an einem gemeinsamen unteren Befestigungspunkt 390 mit dem Sockel 210 verbunden. Durch den zentralen Federarm 380 wird eine hohe Steifigkeit der feststehenden Elektrode 130 in der kurzen Richtung der feststehenden Elektrode 130 gewährleistet. Um den zentralen Federarm 380 kann eine Drehung um eine zur y-Achse parallele Drehachse erfolgen, der zentrale Federarm 380 bietet aber in z-Richtung keine federnde Wirkung und gestattet keine Drehung um eine zur z-Richtung parallele Drehachse.
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17 zeigt eine Aufsicht auf eine feststehende Elektrode 130 eines mikromechanischen Systems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 18 zeigt einen Schnitt durch die feststehende Elektrode 130 dieser Ausführungsform. Im Vergleich zur Ausführungsform der 13 und 14 wurde die vertikale Feder 300 durch eine vertikale Feder 2300 ersetzt. Die vertikale Feder 2300 umfasst ebenfalls einen ersten Federarm 2320 und einen zweiten Federarm 2330. Die Federarme 2320, 2330 sind jedoch etwa parallel zueinander orientiert. Die Federarme 2320, 2330 verlaufen zwischen einem aus der ersten leitfähigen Schicht 210 gebildeten Sockel 2310 und der aus der dritten leitfähigen Schicht 230 gebildeten feststehenden Elektrode 130. Zwischen dem Sockel 2310 und dem Substrat 200 ist ein Rest der ersten Isolationsschicht 240 verblieben, der so ausgedehnt ist, dass die Übergangspunkte zwischen dem Sockel 2310 und den Federarmen 2320, 2330 in Richtung senkrecht zum Substrat 200 vollständig durch die erste Isolationsschicht 240 unterlegt sind. Dadurch wird wieder die Entstehung einer Kante mit einer Spannungsüberhöhung verhindert.
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Durch die parallele Anordnung der Federarme 2320, 2330 ist der Übergang zwischen dem ersten Federarm 2320 und dem Sockel 2310, anders als in der Ausführungsform der 13 und 14, in Richtung senkrecht zum Substrat 200 nicht unter der feststehenden Elektrode 130, sondern unter dem beweglichen Element 110 angeordnet. Dadurch wird der ansonsten ungenutzte Raum unterhalb des beweglichen Elements 110 genutzt. Gleichzeitig ermöglicht diese Anordnung eine Vergrößerung der vertikalen Feder 2300, was eine höhere Stabilität der Feder 2300 ermöglicht.
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Die parallele Orientierung der Federarme 2320, 2330 bietet den weiteren Vorteil, dass Verspannungen oder Verbiegungen der feststehenden Elektrode 130 vermieden werden. Weisen die zur Herstellung der vertikalen Feder 2300 verwendete zweite leitfähige Schicht 220 und die zur Herstellung der feststehenden Elektrode 130 verwendete dritte leitfähige Schicht 230 unterschiedliche mechanische Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlichen intrinsischen Stress oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, auf, so werden die Auswirkungen dieser unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften durch die parallele und in die gleiche Richtung weisende Orientierung der Federarme 2320, 2330 und die in etwa gleiche Länge der beiden Federarme 2320, 2330 minimiert.
