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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil und eine Wafervorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Wafervorrichtung.
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Stand der Technik
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In der
DE 199 60 604 A1 ist eine mikromechanische Federstruktur beschrieben, welche insbesondere für einen Drehratensensor geeignet sein soll. Mittels mindestens einer derartigen mikromechanischen Federstruktur soll mindestens eine seismische Masse des Drehratensensors derart an einer Halterung des Drehratensensors anbindbar sein, dass mittels einer Auslenkbewegung der mindestens einen seismischen Masse eine Rotation des Drehratensensors nachweisbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Wafervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Herstellungsverfahren für eine Wafervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Ausstatten eines mikromechanischen Bauteils oder einer Wafervorrichtung mit mindestens einer Feder, deren vorteilhafte Form eine automatische Quadraturkompensation realisiert. Dabei berücksichtigt die vorliegende Erfindung, dass mittels herkömmlicher Herstellungsprozesse, welche leicht und kostengünstig ausführbar sind, bei einer Herstellung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils oder der entsprechenden Wafervorrichtung deren Geometrieparameter nur im Rahmen einer bestimmten Genauigkeit umsetzbar sind. Insbesondere treten bei einem Ausführen dieser Herstellungsprozesse häufig systematische Abweichungen von der idealen Geometrie, wie beispielsweise ein sogenannter Flankenfehlwinkel, auf. Darunter kann verstanden werden, dass mittels der Herstellungsprozesse ausgebildete (getrenchte) MEMS-Strukturen Seitenwände aufweisen, welche anstelle einer senkrechten Ausrichtung zu einem zugeordneten Wafersubstrat den Flankenfehlwinkel aufweisen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch eine Anbindung der mindestens einen verstellbaren Masse an die zugeordnete Halterung mittels mindestens einer Feder, welche aufgrund ihrer erfindungsgemäßen Form/Ausbildung das Auftreten einer herkömmlicherweise häufig durch den Flankenfehlwinkel ausgelösten Störbewegung, welche oft auch als Quadratur oder Quadraturbewegung bezeichnet wird, automatisch verhindert. Die mittels der vorliegenden Erfindung gewonnenen mikromechanischen Bauteile und Wafervorrichtungen eignen sich deshalb vorteilhaft zur Verwendung für Sensoren, wie beispielsweise einen Drehratensensor.
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Die vorliegende Erfindung schafft mittels des jeweiligen zweiten Federteilbereichs der mindestens einen Feder eine Zusatzstruktur, welche, obwohl die Zusatzstruktur auch mit dem Flankenfehlwinkel behaftet ist, herkömmliche Auswirkungen eines Flankenfehlwinkels des zugeordneten ersten Federteilbereichs automatisch unterdrückt. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils oder der entsprechenden Wafervorrichtung muss somit nicht auf eine Limitierung/Unterdrückung des an der mindestens einen Feder auftretenden Flankenfehlwinkels geachtet werden. Stattdessen können zum Herstellen des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils oder der entsprechenden Wafervorrichtung standardgemäße Prozesse ausgeführt werden, welche einfach ausführbar sind, mittels vergleichsweise kostengünstiger Geräte durchführbar sind und/oder serientauglich sind.
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Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung auf das Ausbilden zusätzlicher Quadraturelektroden, welche manchmal zur Quadraturkompensation eingesetzt werden, verzichtet werden kann. Entsprechend ist es bei einem Betrieb des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils oder der entsprechenden Wafervorrichtung nicht mehr notwendig, eine zur Kompensation der Quadratur geeignete Spannung, welche herkömmlicherweise vor dem Betrieb individuell einzustellen ist, bereitzustellen. Dies reduziert eine Komplexität eines Aufbaus und einer Steuerelektronik des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils. Gleichzeitig ermöglicht der Verzicht auf die Quadraturelektroden eine Reduzierung einer Flächenanforderung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils, bzw. der entsprechenden Wafervorrichtung. Die vorliegende Erfindung vereinfacht deshalb ein Produzieren von mikromechanischen Bauteilen/Wafervorrichtungen und reduziert die dabei anfallenden Kosten. Durch die nicht mehr benötigte Quadratur-Rückstellelektronik sinkt darüber hinaus auch ein Strombedarf der mikromechanischen Bauteile. Des Weiteren steigern die niedrigen Herstellungskosten und der reduzierte Strombedarf der mikromechanischen Bauteile deren Verwendbarkeit in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, wie beispielsweise Smartphones.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils/der Wafervorrichtung weist der jeweilige erste Federteilbereich der mindestens einen Feder jeweils eine ihm zugeordnete Symmetrieachse, welche den ersten Federteilbereich und den zweiten Federteilbereich schneidet, auf, bezüglich welcher eine Massenverteilung des zweiten Federteilbereichs der gleichen Feder unsymmetrisch ist. Insbesondere diese Asymmetrie der Massenverteilung des zweiten Federteilbereichs kann zum automatischen Unterdrücken der Quadraturbewegung genutzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils/der Wafervorrichtung weist zumindest ein erster Restbereich der ersten Halbleiterschicht eine senkrecht zu der ersten Oberfläche ausgerichtete erste Schichtdicke auf, welche zumindest um einen Faktor 3 größer als eine senkrecht zu der zweiten Oberfläche ausgerichtete zweite Schichtdicke zumindest eines zweiten Restbereichs der zweiten Halbleiterschicht ist. Die erste Schichtdicke kann auch zumindest um einen Faktor 5, insbesondere zumindest um einen Faktor 8, speziell zumindest um einen Faktor 10, größer als die zweite Schichtdicke sein. Somit kann eine im Verhältnis zu der ersten Halbleiterschicht relativ dünne zweite Halbleiterschicht, welche wahlweise auf einer zu einem Substrat ausgerichteten ersten Seite der ersten Halbleiterschicht oder auf einer von dem Substrat weggerichteten zweiten Seite der ersten Halbleiterschicht liegen kann, zum Herausstrukturieren des jeweiligen zweiten Federteilbereichs der mindestens einen Feder genutzt werden. Die vorteilhafte Ausbildung der mindestens einen Feder ist somit ohne einen großen Arbeitsaufwand zum Abscheiden der zweiten Halbleiterschicht realisierbar.
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Außerdem kann bei dem mikromechanischen Bauteil/der Wafervorrichtung der erste Federteilbereich der mindestens einen Feder in jeder parallel zu der ersten Oberfläche verlaufenden und innerhalb einer ersten Ebene der ersten Halbleiterschicht liegenden Querschnittsfläche seine gleiche erste Querschnittsform und/oder der zweite Federteilbereich der mindestens einen Feder in jeder parallel zu der zweiten Oberfläche verlaufenden und innerhalb einer zweiten Ebene der zweiten Halbleiterschicht liegenden Querschnittsfläche seine gleiche zweite Querschnittsform aufweisen. Das Herausätzen des ersten Federteilbereichs und/oder des zweiten Federteilbereichs der mindestens einen Feder ist somit leicht ausführbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils/der Wafervorrichtung ist die mindestens eine verstellbare Masse über die mindestens eine Feder so an der Halterung angebunden, dass die mindestens eine verstellbare Masse in eine Schwingbewegung entlang einer zugeordneten Schwingachse in Bezug zu der Halterung versetzbar ist, wodurch die mindestens eine Feder entlang einer ihr zugeordneten Federachse expandiert und/oder komprimiert wird, und wobei die zumindest eine Seite der mindestens einen Feder, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich gegenüber dem ersten Federteilbereich der gleichen Feder hervorsteht oder zurückversetzt ist, von der zugeordneten Federachse der gleichen Feder geschnitten wird. Wie unten genauer ausgeführt wird, trägt dies zu einer verbesserten Unterdrückbarkeit der Quadraturbewegung bei.
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Beispielsweise kann bei dem mikromechanischen Bauteil/der Wafervorrichtung die mindestens eine Feder mindestens eine U-Feder sein, welche je zwei Schenkelabschnitte und je einen die zwei Schenkelabschnitte miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt umfasst, wobei die zumindest eine Seite der mindestens einen Feder, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich gegenüber dem ersten Federteilbereich der gleichen Feder hervorsteht oder zurückversetzt ist, an mindestens einem der zwei Schenkelabschnitte der mindestens einen Feder ausgebildet ist. Dies verbessert ebenfalls eine Unterdrückbarkeit der Quadraturbewegung. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit der mindestens einen Feder nicht auf den U-Federtyp limitiert ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist dieses ein Drehratensensorbauteil. Entsprechend kann die Wafervorrichtung so ausgebildet sein, dass sie in eine Vielzahl von Drehratensensorbauteilen unterteilbar ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch für einen anderen Sensortyp nutzbar ist.
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Nochmals wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Vorteile auch bei einer entsprechenden Wafervorrichtung realisiert sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Wafervorrichtung weist mindestens eine erste Feder der Federn, welche in einem ersten Abstand von einem Wafermittelbereich des Wafers ausgebildet ist, an ihrer zumindest einen Seite, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich gegenüber dem ersten Federteilbereich der gleichen Feder hervorsteht oder zurückversetzt ist, einen ersten Materialüberstand oder einen ersten Materialrückstand des jeweiligen zweiten Federteilbereichs auf, wobei mindestens eine zweite Feder der Federn, welche in einem zweiten Abstand größer als dem ersten Abstand von dem Wafermittelbereich ausgebildet ist, an ihrer zumindest einen Seite, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich gegenüber dem ersten Federteilbereich der gleichen Feder hervorsteht oder zurückversetzt ist, einen zweiten Materialüberstand größer als dem ersten Materialüberstand oder einen zweiten Materialrückstand größer als dem ersten Materialrückstand des jeweiligen zweiten Federteilbereichs aufweist. Auf diese Weise kann der Tatsache, dass ein Flankenfehlwinkel häufig ausgehend von dem Wafermittelbereich zunimmt, Rechnung getragen werden.
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Insbesondere kann der jeweilige Materialüberstand oder Materialrückstand der Federn mit einem zunehmenden Abstand der Federn von dem Wafermittelbereich kontinuierlich oder stufenartig zunehmen. Mittels einer derartigen Optimierung des Materialüberstands oder des Materialrückstands der Federn bezüglich ihres mit ihrem zunehmenden Abstand von dem Wafermittelbereich zunehmenden Flankenfehlwinkel ist eine automatische Optimierung der Quadraturkompensation an später aus der Wafervorrichtung herausstrukturierten mikromechanischen Bauteilen sicherstellbar.
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Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem korrespondierenden Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil, bzw. einem entsprechenden Herstellungsverfahren für eine Wafervorrichtung, gewährleistet. Es wird darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil, bzw. das Herstellungsverfahren für eine Wafervorrichtung, entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils, bzw. der Wafervorrichtung weiterbildbar ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1a bis 1e schematische Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
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2 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
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3 ein Koordinatensystem zum Erläutern einer Ausführungsform der Wafervorrichtung; und
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4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanischen Bauteil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a bis 1e zeigen schematische Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 1a bis 1e teilweise wiedergegebene mikromechanische Bauteil hat eine (schematisch dargestellte) Halterung 10 und mindestens eine in Bezug zu der Halterung 10 verstellbare Masse 12. Die mindestens eine verstellbare Masse 12 ist über mindestens eine Feder 14 an der Halterung 10 angebunden. Beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1a bis 1e die mindestens eine Feder 14 mindestens eine U-Feder 14, welche je zwei Schenkelabschnitte 16 und je einen die zwei Schenkelabschnitte 16 (der gleichen U-Feder 14) miteinander verbindenden Verbindungsabschnitt 18 umfasst. Ein erster Schenkelabschnitt 16 jeder Feder 14 ist an seinem ersten Verankerungsbereich 16a an der Halterung 10 befestigt, während ein zweiter Schenkelabschnitt 16 jeder Feder 14 an seinem zweiten Verankerungsbereich 16b an der kontaktierten verstellbaren Masse 12 angebunden ist. Eine Ausbildbarkeit der mindestens einen Feder 14 des mikromechanischen Bauteils ist jedoch nicht auf einen bestimmten Federtyp limitiert.
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Außerdem ist in der Ausführungsform der 1a bis 1e das mikromechanische Bauteil insbesondere als Drehratensensorbauteil verwendbar. Dazu ist die mindestens eine verstellbare Masse 12 über die mindestens eine Feder 14 so an der Halterung 10 angebunden, dass die mindestens eine verstellbare Masse 12 in eine Schwingbewegung entlang einer zugeordneten Schwingachse 20 in Bezug zu der Halterung 10 versetzbar ist. Die mindestens eine verstellbare Masse 12 kann beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Aktoreinrichtung in die Schwingbewegung entlang der zugeordneten Schwingachse 20 versetzbar sein. Eine Rotation des mikromechanischen Bauteils um eine senkrecht zu der jeweiligen Schwingachse 20 liegende Rotationsachse 22 bewirkt in diesem Fall eine Corioliskraft auf die mindestens eine entlang der jeweiligen Schwingachse 20 schwingende verstellbare Masse 12, welche die mindestens eine entlang der jeweiligen Schwingachse 20 schwingende verstellbare Masse 12 in eine zusätzliche Auslenkbewegungen entlang einer senkrecht zu der zugeordneten Schwingachse 20 und der Rotationsachse 22 ausgerichteten Achse der Corioliskraft versetzt.
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Eine Auslenkung der verstellbaren Massen 12 entlang der Achse der Corioliskraft kann ermittelt und anschließend in eine Information bezüglich der Rotation des mikromechanischen Bauteils um die Rotationsachse 22, wie z.B. ein Nachweissignal bezüglich der ermittelten Rotation, eine Drehgeschwindigkeit der Rotation und/oder eine Drehrate der Rotation, ausgewertet werden. Vorzugsweise ist dazu an dem mikromechanischen Bauteil mindestens ein (nicht skizziertes) Sensorelement ausgebildet, mittels welchem sich eine Auslenkbewegung der mindestens einen verstellbaren Masse 12 entlang einer vorgegebenen Detektionsachse ermitteln lässt, wobei die Detektionsachse vorteilhafterweise gleich der Achse der (wahrscheinlichen) Corioliskraft ist. Die Detektionsachse kann z.B. senkrecht zu einer mit zumindest den Komponenten 12 und 14 bestückten Oberfläche 10a eines Substrats der Halterung 10 ausgerichtet sein. (In dem Beispiel der 1a ist die Detektionsachse aus der Zeichenebene heraus gerichtet.) Im Allgemeinen lässt sich bei einem Drehratensensorbauteil die Schwingbewegung der mindestens einen verstellbaren Masse 10 leichter und verlässlicher von deren Auslenkbewegungen (entlang der Achse der Corioliskraft) unterscheiden, wenn die jeweilige Schwingachse 20 senkrecht zu der an dem Drehratensensorbauteil für die jeweilige verstellbare Masse 10 ausgebildeten Detektionsachse liegt.
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Insbesondere kann das mikromechanische Bauteil mindestens ein Massenpaar aus zwei verstellbaren Massen 12 als die mindestens eine verstellbare Masse 12 aufweisen, wobei die beiden verstellbaren Massen 12 eines Massenpaars in antiparallel zueinander ausgerichtete Schwingbewegungen entlang der jeweiligen Schwingachse 20 in Bezug zu der Halterung 10 versetzbar sind. Optionaler Weise können die beiden verstellbaren Massen 12 eines Massenpaars noch über eine Zwischenfedereinrichung 24 miteinander verbunden sein. Eine Rotation des mikromechanischen Bauteils um die senkrecht zu der jeweiligen Schwingachse 20 liegenden Rotationsachse 22 bewirkt in diesem Fall (eine mittels der Symbole 25a und 25b wiedergegebene) antiparallele Auslenkbewegungen der beiden verstellbaren Massen 12 eines Massenpaars entlang der senkrecht zu der zugeordneten Schwingachse 20 und der Rotationsachse 22 ausgerichteten Achse der Corioliskraft.
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Die in den vorausgehenden Absätzen gemachten Ausführungen zu dem als Drehratensensorbauteil verwendbaren mikromechanischen Bauteil sind jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Das im Weiteren beschriebene mikromechanische Bauteil ist weder auf eine bestimmte Anzahl seiner verstellbaren Massen 12, noch auf die in 1a, 1b und 1e wiedergegebenen Formen und Ausdehnungen der Halterung 10 und der mindestens einen verstellbaren Masse 12 oder einen speziellen Verwendungszweck limitiert. Anstelle eines Drehratensensors kann das mikromechanische Bauteil beispielsweise auch in einem anderen Sensortyp, wie z.B. als Beschleunigungssensorbauteil in einem Beschleunigungssensor, verbaubar/verbaut sein. Ebenso kann das mikromechanische Bauteil auch als Aktorbauteil in einem Aktor verbaubar/verbaut sein.
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1b zeigt einen Querschnitt durch die einzige Feder 14 des mikromechanischen Bauteils oder eine der Federn 14 des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt senkrecht zu der mit zumindest den Komponenten 12 und 14 bestückten Oberfläche 10a des Substrats der Halterung 10 ausgerichtet ist:
Unabhängig vom Verwendungszweck des mikromechanischen Bauteils bewirkt die Schwingbewegung der mindestens einen verstellbaren Masse 10 entlang der zugeordneten Schwingachse 20, dass die mindestens eine (direkt oder indirekt) daran angebundene Feder 14 entlang einer ihr jeweils zugeordneten Federachse 26 expandiert und/oder komprimiert wird. Diese Expansion und/oder Komprimierung der mindestens einen Feder 14 entlang der ihr jeweils zugeordneten Federachse 26 sollte die mindestens eine (direkt oder indirekt) daran angebundene verstellbare Masse nicht in eine Richtung mit einer Richtungskomponente entlang der Detektionsachse 27 auslenken. So ist es z.B. bei dem als Drehratensensorbauteil verwendbaren mikromechanischen Bauteil vorteilhaft, wenn die jeweilige Federachse 26 der mindestens einen Feder 14 senkrecht zu der Detektionsachse 27 liegt.
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Wie in 1b erkennbar ist, tritt bei einem Herausstrukturieren der mindestens einen Feder 14 häufig (aufgrund eines Abschattenseffekts beim anisotropen Ätzen) ein Flankenfehlwinkel α auf. Der Flankenfehlwinkel α bezeichnet im Allgemeinen einen Winkel, um welchen mindestens eine Seitenfläche der mindestens einen Feder 14 von einer gewünschten senkrechten Ausrichtung zu einer mit der mindestens einen Feder 14 bestückten Oberfläche 10a des Substrats der Halterung 10 abweicht. Der Flankenfehlwinkel α kann beispielsweise bis zu 0,6° oder mehr betragen.
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Herkömmlicherweise kann der Flankenfehlwinkel α bei einer Federkomponente gemäß dem Stand der Technik zu einer unerwünschten Störbewegung mindestens einer über die jeweilige Federkomponente angebundene Massenkomponente entlang einer Detektionsachse 27 des damit bestückten herkömmlichen Sensorbauteils führen. Eine derartige Störbewegung der mindestens einen herkömmlichen Massenkomponente wird häufig auch als Quadratur, Quadraturbewegung oder Quadraturauslenkung bezeichnet.
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Mittels der im Weiteren beschriebenen Ausbildung der mindestens einen Feder 14 ist jedoch eine automatische Unterdrückung einer Quadraturbewegung der mindestens einen daran angebundenen verstellbaren Masse 12 geschaffen:
Die mindestens eine Feder 14 des hier beschriebenen mikromechanischen Bauteils umfasst jeweils einen aus einer ersten Halbleiterschicht gebildeten ersten Federteilbereich 28 und zusätzlich jeweils einen aus einer zweiten Halbleiterschicht herausstrukturierten zweiten Federteilbereich 30. Der jeweilige erste Federteilbereich 28 der mindestens einen Feder 14 ist mittels mindestens eines durch eine erste Oberfläche 32 der ersten Halbleiterschicht strukturierten ersten Trenngrabens derart aus der ersten Halbleiterschicht herausstrukturiert, dass der jeweilige erste Federteilbereich 28 in einer parallel zu der ersten Oberfläche 32 verlaufenden Querschnittsfläche eine erste Querschnittsform aufweist. Insbesondere kann der jeweilige erste Federteilbereich 28 der mindestens einen Feder 14 in jeder parallel zu der ersten Oberfläche 32 verlaufenden und innerhalb einer ersten Ebene der ersten Halbleiterschicht liegenden Querschnittsfläche seine gleiche erste Querschnittsform haben.
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Auch der jeweilige zweite Federteilbereich 30 der mindestens einen Feder 14 ist mittels mindestens eines durch eine zweite Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht strukturierten zweiten Trenngrabens derart aus der zweiten Halbleiterschicht herausstrukturiert, dass der jeweilige zweite Federteilbereich 30 in einer parallel zu der zweiten Oberfläche verlaufenden Querschnittsfläche eine zweite Querschnittsform aufweist. Sofern gewünscht, kann auch der zweite Federteilbereich 30 der mindestens einen Feder 14 in jeder parallel zu der zweiten Oberfläche verlaufenden und innerhalb einer zweiten Ebene der zweiten Halbleiterschicht liegenden Querschnittsfläche seine gleiche zweite Querschnittsform aufweisen. (In der Ausführungsform der 1a bis 1e ist die zweite Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht beispielhaft eine Grenzfläche der zweiten Halbleiterschicht, auf welcher die erste Halbleiterschicht oder eine zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der ersten Halbleiterschicht liegende Ätzstoppschicht abgeschieden ist. Ebenso kann die zweite Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht jedoch auch eine von der ersten Halbleiterschicht weg gerichtete Grenzfläche der zweiten Halbleiterschicht sein.)
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Die zweite Querschnittsform des jeweiligen zweiten Federteilbereichs 30 der mindestens einen Feder 14 weicht von der ersten Querschnittsform des ersten Federteilbereichs 28 der gleichen Feder 14 so ab, dass die mindestens eine Feder 14 zumindest eine Seite 34 aufweist, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht oder zurückversetzt ist (1c und 1d). Man kann dies auch damit umschreiben, dass die mindestens eine Feder 14 aufgrund des gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorstehenden oder zurückversetzten zweiten Federteilbereichs 30 die zumindest eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 hat. Die zumindest eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 erstreckt sich vorteilhafterweise von einer von der zweiten Halbleiterschicht weg gerichteten ersten Grenze der ersten Ebene der ersten Halbleiterschicht bis zu einer von der ersten Halbleiterschicht weg gerichteten zweiten Grenze der zweiten Ebene der zweiten Halbleiterschicht.
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Beispielsweise ist, wie in 1c und 1d (vergrößert) dargestellt, jeweils ein Materialüberstand 36 (Massenüberstand) des zweiten Federteilbereichs 30 an der zumindest einen einmalig-gestuften oder einmalig-ausgewölbten Seite 34, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht, ausgebildet. Das Ausbilden des mindestens einen Materialüberstands 36 an der mindestens einen Feder 14, indem der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 an der zumindest einen einmalig-gestuften oder einmalig-ausgewölbten Seite 34 hervorsteht, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Quadraturbewegung der jeweiligen Feder 14, bzw. der daran angebundenen verstellbaren Masse 12, in eine sich von dem zweiten Federteilbereich 30 zu dem ersten Federteilbereich 28 erstreckenden Richtung unerwünscht ist. Mittels des Ausbildens des mindestens einen Materialüberstands 36 an der mindestens einen Feder 14 kann sichergestellt werden, dass zumindest eine Trägheitskraft Fg des jeweiligen Materialüberstands 36 als Gegenkraft Fg der unerwünschten Quadraturbewegung der jeweiligen Feder 14, bzw. der daran angebundenen verstellbaren Masse 12, entgegenwirkt.
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Vorzugsweise wird die zumindest eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 der mindestens einen Feder 14, an welcher der jeweilige Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht, von der zugeordneten Federachse 26 der gleichen Feder 14 geschnitten. Beispielsweise kann bei einer U-Feder 14 die zumindest eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34, an welche der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht, an mindestens einem der zwei Schenkelabschnitte 16 der mindestens einen Feder 14 ausgebildet sein. Bevorzugter Weise ist der Materialüberstand 36 jeweils an der mindestens einen Seite 34 pro Feder 14 ausgebildet, welche zu der Oberfläche 10a um einen Winkel kleiner als 90° geneigt ist, bzw. mit der Oberfläche 10a den Winkel kleiner als 90° einschließt.
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Sofern die mindestens eine Feder 14 mehr als eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 hat, weisen deren Materialüberstände 36 vorzugsweise in die gleiche Richtung. Man kann dies auch damit umschreiben, dass die Seiten 34 mit den Materialüberstände 36 zur gleichen Richtung und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine gegenseitige Aufhebung der von den Materialüberständen 36 der gleichen Feder 14 bewirkten Gegenkräfte Fg ist somit ausgeschlossen.
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Z.B. kann jeder der zwei Schenkelabschnitte 16 pro U-Feder 14 genau eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 haben, wobei die Materialüberstände 36 der gleichen U-Feder 14, bzw. die mit den Materialüberständen 36 ausgebildeten Seiten 34 der gleichen U-Feder 14, in eine gemeinsame Richtung weisen. Die Materialüberstände 36 der gleichen U-Feder 14 können beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass jeder der zwei Schenkelabschnitte 16 pro U-Feder 14 aus zumindest einem ersten Balkenteil des ersten Federteilbereichs 28 und einem zweiten Balkenteil des zweiten Federteilbereichs 30 zusammengesetzt ist, wobei jeweils eine senkrecht zu einer maximalen Ausdehnung des jeweiligen Schenkelabschnitts 16 ausgerichtete erste Balkenbreite b1 des ersten Balkenteils kleiner als eine senkrecht zu der maximalen Ausdehnung des jeweiligen Schenkelabschnitts 16 ausgerichtete zweite Balkenbreite b2 des zweiten Balkenteils ist.
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In der Ausführungsform der 1a bis 1e hat der jeweilige erste Federteilbereich 28 der mindestens einen Feder 14 jeweils eine ihm zugeordnete Symmetrieachse 38, welche den ersten Federteilbereich 28 und den zweiten Federteilbereich 30 schneidet. Allerdings ist die Symmetrieachse 38 um den Flankenfehlwinkel α zu der Detektionsachse 27 geneigt. Ein Versetzen der mindestens einen verstellbaren Masse 12 in deren gewünschte Schwingbewegung bewirkt deshalb (aufgrund des Flankenfehlwinkels α) eine auf den ersten Federteilbereich 28 ausgeübte Gesamtkraft aus einer senkrecht zur Detektionsachse 27 (und parallel zur Federachse 26) ausgerichteten ersten Kraftkomponente F1 und einer parallel zur Detektionsachse 27 (und senkrecht zur Federachse 26) ausgerichtete zusätzlichen zweiten Kraftkomponente F2. Die erste Kraftkomponente F1 führt zur gewünschten Expansion und Komprimierung der jeweiligen Feder 14 entlang der Federachse 26. Demgegenüber ist die zweite Kraftkomponente F2 unterwünscht. Deshalb ist es vorteilhaft, dass der zweite Federteilbereich 30 der gleichen Feder 14 (aufgrund seines zumindest einen Materialüberstands 36) eine unsymmetrische Massenverteilung bezüglich der Symmetrieachse 38 aufweist, so dass die Trägheitskraft Fg des zumindest einen Massenüberstands 36 des zweiten Federteilbereichs 30 als Gegenkraft Fg die zweite Kraftkomponente F2 zumindest teilweise kompensiert. Insbesondere kann die unsymmetrische Massenverteilung des zweiten Federteilbereichs 30 bezüglich der Symmetrieachse 38 so starkt ausgebildet sein, dass die Trägheitskraft Fg des zumindest einen Massenüberstands 36 des zweiten Federteilbereichs 30 als Gegenkraft Fg die zweite Kraftkomponente F2 (nahezu) vollständig kompensiert. In diesem Fall genügt die unsymmetrische Massenverteilung des zweiten Federteilbereichs 30 bezüglich der Symmetrieachse 38 des ersten Federteilbereichs 30 der gleichen Feder 14 zur (nahezu) vollständigen Unterbindung einer Quadraturbewegung der mindestens einen Feder 14 und der mindestens einen zugeordneten verstellbaren Masse 12.
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Mittels der 1e ist eine Auslenkung der einzigen Feder 14 oder einer der Federn 14 des hier beschriebenen mikromechanischen Bauteils entlang der Detektionsachse 27 während des Schwingens der mindestens einen verstellbaren Masse 12 entlang der ihr zugeordneten Schwingachse 20 wiedergegeben. Dazu sind in 1e Teilbereiche 40 der jeweiligen Feder 14 markiert, welche während des Schwingens der mindestens einen verstellbaren Masse 12 entlang der ihr zugeordneten Schwingachse 20 aus einer Gesamtebene umfassend die erste Ebene der ersten Halbleiterschicht und die zweite Ebene der zweiten Halbleiterschicht hervortreten. Zu erkennen ist, dass keiner der Teilbereiche 40 am zweiten Verankerungsbereich 16b des zweiten Schenkelabschnitts 16, welcher die kontaktierte verstellbare Masse 12 berührt, liegt. Deshalb ist nicht zu befürchten, dass die aus der Gesamtebene hervortretenden Teilbereiche 40 die kontaktierte verstellbare Masse 12 entlang der Detektionsachse 27 auslenken. Eine Quadraturbewegung der kontaktierten verstellbaren Masse 12 ist damit verlässlich verhindert.
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Bei der Ausbildung des hier beschriebenen mikromechanischen Bauteils mit der mindestens einen vorteilhaften Feder 14 kann deshalb auf herkömmliche Maßnahmen zur Unterdrückung der Quadraturbewegung und/oder Beseitigung ihrer Folgen verzichtet werden, ohne dass dafür Nachteile in Kauf zu nehmen sind. Beispielsweise kann bei dem mikromechanischen Bauteil mit der mindestens einen vorteilhaften Feder 14 auf die herkömmlicher Weise in der Regel noch notwendigen Quadraturelektroden nach dem Stand der Technik verzichtet werden. Dies erleichtert eine Minimierung des ohne Quadraturelektroden herstellbaren mikromechanischen Bauteils. Ebenso entfällt der herkömmlicher Weise mittels der Quadraturelektroden ausgeführte elektrostatische Abgleichprozess, welcher beim Stand der Technik eine hohe Komplexität der Betreiber- und Auswerteelektronik erfordert. Stattdessen kann das mikromechanische Bauteil mit der mindestens einen vorteilhaften Feder 14 mit einer vergleichsweise einfach ausgebildeten, kostengünstigen und einen geringen Flächenbedarf/Bauraumbedarf aufweisenden Betreiber- und Auswerteelektronik zusammenwirken/ausgestattet werden.
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Da ein Auftreten einer Quadraturbewegung verlässlich unterbunden ist, entfällt auch die herkömmliche Notwendigkeit zum Ausführen einer Filterung zum Herausfiltern von auf eine Quadraturbewegung zurückzuführenden Fehlsignalen. Beim Stand der Technik ist eine derartige Filterung häufig sehr aufwändig und/oder relativ unzuverlässig, da sich eine Quadraturbewegung der mindestens einen verstellbaren Masse 12 nicht leicht von einer durch die Corioliskraft ausgelösten Bewegung der mindestens einen verstellbaren Masse 12 unterscheiden lässt. Das Entfallen der herkömmlichen Notwendigkeit zum Herausfiltern von auf eine Quadraturbewegung zurückzuführenden Fehlsignalen trägt zur zusätzlichen Reduzierung der Anforderungen an eine für das mikromechanische Bauteil der 1a bis 1e geeignete Betreiber- und Auswerteelektronik bei.
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Es wird darauf hingewiesen, dass zum Ausstatten der mindestens einen Feder 14 mit dem vorteilhaft ausgebildeten zweiten Federteilbereich 30 (zusätzlich zu dem ersten Federteilbereich 28) bereits eine geringe Dicke der zweiten Halbleiterschicht ausreichend ist. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht eine senkrecht zu der ersten Oberfläche 32 ausgerichtete erste Schichtdicke zwischen 5 µm bis 50 µm, insbesondere zwischen 10 µm bis 20 µm, haben. Eine senkrecht zu der zweiten Oberfläche ausgerichtete zweite Schichtdicke der zweiten Halbleiterschicht kann zwischen 0,5 µm bis 5 µm, insbesondere zwischen 1 µm bis 2 µm, liegen. Bei dem mikromechanischen Bauteil kann deshalb zumindest ein ersten Restbereich der ersten Halbleiterschicht eine senkrecht zu der ersten Oberfläche 32 ausgerichtete erste Schichtdicke aufweisen, welche zumindest um einen Faktor 3 größer als die senkrecht zu der zweiten Oberfläche ausgerichtete zweite Schichtdicke zumindest eines zweiten Restbereichs der zweiten Halbleiterschicht ist. Die erste Schichtdicke kann auch zumindest um einen Faktor 5, insbesondere zumindest um einen Faktor 8, speziell zumindest um einen Faktor 10, größer als die zweite Schichtdicke sein. (Mittels relativ kleiner Abmessungen des zweiten Federteilbereichs 30 ist gleichzeitig sicherstellbar, dass keine unerwünschten Anschläge der mindestens einen verstellbaren Masse 12 auftreten.)
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Vorzugsweise hat ein Halbleitermaterial des ersten Federteilbereichs 28 eine gleiche Steifigkeit wie ein Halbleitermaterial des zweiten Federteilbereichs 30. Der erste Federteilbereich 28 und/oder der zweite Federteilbereich 30 können beispielsweise aus Silizium, insbesondere aus polykristallinem Silizium, sein. Die Ausbildbarkeit des ersten Federteilbereichs 28 und/oder des zweiten Federteilbereichs 30 ist jedoch nicht auf ein bestimmtes oder auf ein einziges Halbleitermaterial limitiert.
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In der Ausführungsform der 1a bis 1e ist die zweite Halbleiterschicht auf einem Wafer, wie beispielsweise einem Siliziumwafer, abgeschieden. Die erste Halbleiterschicht ist auf der zweiten Halbleiterschicht oder einer zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der ersten Halbleiterschicht liegenden Ätzstoppschicht abgeschieden. Der in diesem Absatz beschriebene Schichtaufbau ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
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2 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Wie in 2 schematisch dargestellt ist, kann die mindestens eine Feder 14 des mikromechanischen Bauteils (als Alternative oder als Ergänzung zu dem zumindest einen Materialüberstand 36) auch einen Materialrückstand 42 (Massenrückstand) des zweiten Federteilbereichs 30 haben, welcher an zumindest einer einmalig-gestuften oder einmalig-ausgewölbten Seite 34, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 zurückversetzt ist, ausgebildet ist. Das Ausbilden des mindestens einen Materialrückstands 42 an der mindestens einen Feder 14, indem der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 an der zumindest einen einmalig-gestuften oder einmalig-ausgewölbten Seite 34 zurückversetzt ist, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Quadraturbewegung der jeweiligen Feder 14, bzw. der daran angebundenen verstellbaren Masse 12, in eine sich von dem ersten Federteilbereich 28 zu dem zweiten Federteilbereich 30 erstreckenden Richtung unerwünscht ist. In der Ausführungsform der 2 ist die (dünnere) zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht oder auf einer zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht liegenden Ätzstoppschicht abgeschieden. Da eine von dem Substrat der Halterung 10 weg gerichtete Quadraturbewegung unerwünscht ist, ist der mindestens eine Materialrückstand 42 für diese Ausführungsform sehr vorteilhaft:
Der zumindest eine Materialrückstand 42 pro Feder 14 bewirkt eine Reduzierung einer Gesamtträgheitskraft des zweiten Federteilbereichs 30, welche auch als eine „negative Trägheitskraft Fg“ des mindestens einen Materialrückstands 42 umschreibbar ist. Diese „negative Trägheitskraft Fg“ des mindestens einen Materialrückstands 42 wirkt als Gegenkraft Fg der unerwünschten Quadraturbewegung der jeweiligen Feder 14, bzw. der daran angebundenen verstellbaren Masse 12, entgegen. In dem Beispiel der 2 kompensiert die „negative Trägheitskraft Fg“ des mindestens einen Materialrückstands 42 z.B. als Gegenkraft Fg die zweite Kraftkomponente F2 zumindest teilweise. Insbesondere kann die „negative Trägheitskraft Fg“ des mindestens einen Materialrückstands 42 als Gegenkraft Fg die zweite Kraftkomponente F2 (nahezu) vollständig kompensieren.
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Vorzugsweise wird die zumindest eine einmalig-gestufte oder einmalig-ausgewölbte Seite 34 mit dem Materialrückstand 42 der mindestens einen Feder 14, an welcher der jeweilige Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 zurückversetzt ist, von der zugeordneten Federachse 26 der gleichen Feder 14 geschnitten. Beispielsweise kann bei einer U-Feder 14 der zumindest eine Materialrückstand 42 an mindestens einem der zwei Schenkelabschnitte 16 der mindestens einen Feder 14 ausgebildet sein. Bevorzugter Weise ist der Materialrückstand 42 jeweils an der mindestens einen Seite 34 pro Feder 14 ausgebildet, welche zu der Oberfläche 10a um einen Winkel kleiner als 90° geneigt ist, bzw. mit der Oberfläche 10a den Winkel kleiner als 90° einschließt. Sofern die mindestens eine Feder 14 mehrere Materialrückstände 42 aufweist, weisen diese vorzugsweise in die gleiche Richtung. Man kann dies auch damit umschreiben, dass die Seiten 34 mit den Materialrückständen 42 zur gleichen Richtung und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Materialrückstände 42 der gleichen U-Feder 14 können beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass das erste Balkenteil des ersten Federteilbereichs 28 eine senkrecht zu einer maximalen Ausdehnung des jeweiligen Schenkelabschnitts 16 ausgerichtete erste Balkenbreite b1 hat, welche größer als eine senkrecht zu der maximalen Ausdehnung des jeweiligen Schenkelabschnitts 16 ausgerichtete zweite Balkenbreite b2 eines zweiten Balkenteils des zweiten Federteilbereichs 30 ist.
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3 zeigt ein Koordinatensystem zum Erläutern einer Ausführungsform der Wafervorrichtung.
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Die mittels des Koordinatensystems der 3 schematisch wiedergegebene Wafervorrichtung umfasst einen Wafer, an welchem eine Vielzahl von verstellbaren Massen 12 je über mindestens eine Feder 14 angebunden ist. Die mindestens eine Feder 14 (pro verstellbarer Masse 12) umfasst jeweils einen aus einer ersten Halbleiterschicht gebildeten ersten Federteilbereich 28, welcher mittels mindestens eines durch eine erste Oberfläche 32 der ersten Halbleiterschicht strukturierten ersten Trenngrabens derart aus der ersten Halbleiterschicht herausstrukturiert ist, dass der jeweilige erste Federteilbereich 28 in einer parallel zu der ersten Oberfläche 32 verlaufenden Querschnittsfläche eine erste Querschnittsform aufweist, und zusätzlich jeweils einen aus einer zweiten Halbleiterschicht herausstrukturierten zweiten Federteilbereich 30, welcher mittels mindestens eines durch eine zweite Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht strukturierten zweiten Trenngrabens derart aus der zweiten Halbleiterschicht herausstrukturiert ist, dass der jeweilige zweite Federteilbereich in einer parallel zu der zweiten Oberfläche verlaufenden Querschnittsfläche eine zweite Querschnittsform aufweist. Die jeweilige zweite Querschnittsform jeder Feder 14 weicht von der ersten Querschnittsform der gleichen Feder 14 so ab, dass die mindestens eine Feder 14 jeweils zumindest eine Seite 34 aufweist, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht oder zurückversetzt ist. Die Wafervorrichtung kann somit in eine Vielzahl von mikromechanischen Bauteilen vereinzelt werden, wobei (nahezu) jedes der mikromechanischen Bauteile einen Materialüberstand 36 und/oder einen Materialrückstand 42 an seiner mindestens einen Feder 14 aufweist.
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Vorzugsweise weist mindestens eine erste Feder 14 der Federn 14 (der Wafervorrichtung), welche in einem ersten Abstand von einem Wafermittelbereich/Wafermittelpunkt des Wafers (z.B. einem Mittelpunkt einer Oberfläche des Wafers) ausgebildet ist, an ihrer zumindest einen Seite 34, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht oder zurückversetzt ist, einen ersten Materialüberstand 36 oder einen ersten Materialrückstand 42 des jeweiligen zweiten Federteilbereichs 30 auf, während mindestens eine zweite Feder 14 der Federn 14 (der Wafervorrichtung), welche in einem zweiten Abstand größer als dem ersten Abstand von dem Wafermittelbereich/Wafermittelpunkt ausgebildet ist, an ihrer zumindest einen Seite 34, an welcher der jeweilige zweite Federteilbereich 30 gegenüber dem ersten Federteilbereich 28 der gleichen Feder 14 hervorsteht oder zurückversetzt ist, einen zweiten Materialüberstand 36 größer als dem ersten Materialüberstand 36 oder einen zweiten Materialrückstand 42 größer als dem ersten Materialrückstand 42 des jeweiligen zweiten Federteilbereichs 30 hat. (Darunter kann verstanden werden, dass der zweite Materialüberstand 36 eine größere maximale Ausbuchtungsweite als der erste Materialüberstand 36 und/oder der zweite Materialrückstand 42 eine größere maximale Einbuchtungsweite als der erste Materialrückstand 42 zeigen.) Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass der Flankenfehlwinkel α in der Regel ausgehend von dem Wafermittelbereich/Wafermittelpunkt des Wafers zunimmt. Mittels der Steigerung des Materialüberstands 36 und/oder des Materialrückstands 42 pro Feder 14 sind somit selbst Federn 14, welche in einem relativ großen Abstand zum Wafermittelbereich/Wafermittelpunkt des Wafers ausgebildet sind, und deshalb einen vergleichsweise großen Flankenfehlwinkel α aufweisen, in ihrer Form bezüglich einer Unterdrückung der unerwünschten Quadraturbewegung ihrer verstellbaren Massen 12 optimierbar. Insbesondere kann der jeweilige Materialüberstand 36 oder Materialrückstand 42 der Federn 14 mit einem zunehmenden Abstand der Federn 14 von dem Wafermittelbereich/Wafermittelpunkt kontinuierlich oder stufenartig zunehmen.
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Bei dem Koordinatensystem der 3 ist mittels der Abszisse eine maximale Ausbuchtungsweite d des zumindest einen Materialüberstands 36 einer Feder 14 (als Kantenweite) angegeben, während eine Ordinate des Koordinatensystems der 3 eine auf diese Weise kompensierbare Quadraturauslenkung U anzeigt. Erkennbar ist ein linearer Zusammenhang zwischen der Ausbuchtungsweite d und der Quadraturauslenkung U, welcher mittels des Graphen g angezeigt ist. Die Quadraturauslenkung U ist jedoch eine Funktion des Flankenfehlwinkels α an einer Feder 14. Das bedeutet, dass zu jedem Flankenfehlwinkel α der jeweiligen Feder 14 eine optimale Ausbuchtungsweite d (bzw. ein entsprechender optimaler Materialüberstand 36) existiert, mittels welchem die unerwünschte Quadraturauslenkung U vollständig unterbindbar ist. Wie mittels des Punkts P dargestellt ist, kann trotz des deterministischen Variierens des Flankenfehlwinkels α bei der Wafervorrichtung für jede Feder die optimale Ausbuchtungsweite d (bzw. der entsprechende optimale Materialüberstand 36) ausgebildet werden.
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Zur Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsformen wird auf die erste Halbleiterschicht/zweite Halbleiterschicht, aus welcher der erste Federteilbereich 28/zweite Federteilbereich 30 strukturiert ist, verwiesen. Auch wenn die erste Halbleiterschicht/zweite Halbleiterschicht an dem fertigen mikromechanischen Bauteil oder der fertigen Wafervorrichtung nicht mehr vollständig vorliegt, so liegen doch noch Restbereiche der ersten Halbleiterschicht (umfassend zumindest den ersten Federteilbereich 28) und der zweiten Halbleiterschicht (umfassend zumindest den zweiten Federteilbereich 30) an dem fertigen mikromechanischen Bauteil oder der fertigen Wafervorrichtung vor, anhand welcher sich die Bereiche, Schichtdicken und Oberflächen der ersten Halbleiterschicht/zweiten Halbleiterschicht als Merkmale erkennen lassen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanischen Bauteil.
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Bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens wird mindestens eine verstellbare Masse (des späteren mikromechanischen Bauteils) über mindestens eine Feder derart an einer Halterung angebunden, dass die mindestens eine verstellbare Masse in Bezug zu der Halterung verstellbar ist. Dies erfolgt zumindest mittels der Verfahrensschritte S1 und S2, welche in beliebiger Reihenfolge ausführbar sind.
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In dem Verfahrensschritt S1 wird je ein erster Federteilbereich der mindestens einen Feder aus einer ersten Halbleiterschicht mittels mindestens eines durch eine erste Oberfläche der ersten Halbleiterschicht strukturierten ersten Trenngrabens herausstrukturiert, wobei der jeweilige erste Federteilbereich mit einer ersten Querschnittsform in einer parallel zu der ersten Oberfläche verlaufenden Querschnittsfläche gebildet wird. Außerdem wird in dem Verfahrensschritt S2 zusätzlich je ein zweiter Federteilbereich der mindestens einen Feder aus einer zweiten Halbleiterschicht mittels mindestens eines durch eine zweite Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht strukturierten zweiten Trenngrabens herausstrukturiert, wobei der jeweilige zweite Federteilbereich mit einer von der ersten Querschnittsform der gleichen Feder abweichenden zweite Querschnittsform in einer parallel zu der zweiten Oberfläche verlaufenden Querschnittsfläche gebildet wird. Die Verfahrensschritte S1 und S2 werden derart ausgeführt, dass zumindest eine Seite der mindestens einen Feder mit einem Materialüberstand oder einem Materialrückstand des jeweiligen zweiten Federteilbereichs gegenüber dem ersten Federteilbereich ausgebildet wird.
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Die Verfahrensschritte S1 und S2 können z.B. Ätzschritte sein. Die Ätzschritte zum Strukturieren der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht können mit verschiedenen Ätzmasken ausgeführt werden.
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Beispielsweise können mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens die oben beschriebenen Ausführungsformen hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren stellt somit die vorausgehend bereits beschriebenen Vorteile sicher, auf deren erneute Beschreibung hier verzichtet wird. Es wird aber darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens nicht auf ein Herstellen der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens eine mechanische Kompensation der Quadratur ohne eine individuelle Nachbearbeitung der Federn sichergestellt ist. Mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens ist auch eine herkömmliche Wafer-to-Wafer-Bondmethode zum spiegelsymmetrischen Bonden zweier Halbleiterstrukturen, was herkömmlicher Weise manchmal zur Unterdrückung einer Quadraturbewegung versucht wird, umgebbar.
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In einer Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird eine Wafervorrichtung hergestellt, indem mittels der Verfahrensschritte S1 und S2 eine Vielzahl von verstellbaren Massen je über mindestens eine Feder an einem Wafer angebunden werden. Anschließend kann die Wafervorrichtung in eine Vielzahl mikromechanischer Bauteile vereinzelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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