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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem System, insbesondere einem mikroelektromechanischen System, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) kommen in einer Vielzahl von Anwendungen als Sensoren zum Einsatz. Um Platz und Kosten zu sparen sowie neuartige Einsatzfelder zu erschließen, besteht ein kontinuierlicher Bedarf danach, die Sensoren weiter zu miniaturisieren. Dabei wird der Sensorkern, umfassend eine bewegliche (Inertial-)Masse, Rückstellfedern und Elektroden, verkleinert. Um mit einer kleineren Sensorfläche die gleiche Empfindlichkeit zu erreichen, müssen die träge Masse und die Steifigkeit der Rückstellfedern zusammen herunterskaliert werden. Die Oberflächenadhäsionskräfte bleiben jedoch gleich, weshalb es mit kleiner werdenden Rückstellkräften immer schwieriger wird, ein Kleben der Sensoren nach einem Überlastereignis, bei dem es zum Berühren/Anschlagen der beweglichen Struktur an eine feststehende Struktur kommt, zu verhindern. Aus diesem Grund wurden dedizierte Anschlagstrukturen eingeführt, die das Risiko eines Festklebens reduzieren sollen.
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Beispielsweise sind aus der
US 10167191 B2 Anschläge bekannt, die zur Begrenzung der Bewegung von MEMS-Sensoren verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System, umfassend eine Struktur und eine weitere Struktur, ein Verfahren zur Herstellung eines Systems und ein Verfahren zum Betrieb eines Systems bereitzustellen, mithilfe derer ein Klebenbleiben der Struktur und der weiteren Struktur vorteilhaft verhindert werden kann, sodass das System vorzugsweise platz- und/oder kostensparend ausgeführt werden kann und robust gegenüber Überlastereignissen ist.
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Das erfindungsgemäße System, insbesondere mikroelektromechanische System, gemäß Anspruch 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass besonders vorteilhafte Stoppervorrichtungen bzw. Anschläge bereitgestellt werden können. Insbesondere können erfindungsgemäß Inertialsensoren gefertigt und verwendet werden, die besonders klein ausführbar sind oder die im Vergleich zu bekannten Sensoren bei gleicher Baugröße besonders empfindlich sind. Es kann dabei eine größere Robustheit der Sensoren gegenüber Überlastungen erzielt werden.
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Durch eine abgerundete Topographie der Anschläge/Stoppervorrichtungen in die erste Erstreckungsrichtung bzw. weitere erste Erstreckungsrichtung wird vorzugsweise die Kontaktfläche beim Anschlagen der Strukturen minimiert, was die Klebewahrscheinlichkeit deutlich reduziert. Gleichzeitig können durch die Ausdehnung der Stoppervorrichtungen in die zweite Erstreckungsrichtung bzw. weitere zweite Erstreckungsrichtung mit zumindest streckenweise gleichbleibender Höhe die punktuellen Aufprallkräfte verringert werden. Somit kann eine Degradation der Stoppervorrichtungen beim Anschlagen verringert werden, was sich vorteilhaft auf die Langlebigkeit des MEMS auswirkt. Ferner kann durch die zumindest streckenweise gleichbleibende Höhe der Stoppervorrichtungen in die zweite Erstreckungsrichtung bzw. weitere zweite Erstreckungsrichtung sichergestellt werden, dass auch bei einem Versatz der Anschlagstrukturen gegeneinander der Anschlag noch immer definiert erfolgt.
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Erfindungsgemäß kann unter der Höhe der Stoppervorrichtung eine Ausdehnung der Stoppervorrichtung senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung verstanden werden bzw. eine Höhe der Stoppervorrichtung relativ zu einer Schicht der Struktur, auf der die Stoppervorrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß kann unter der Höhe der weiteren Stoppervorrichtung, eine Ausdehnung der weiteren Stoppervorrichtung senkrecht zur weiteren ersten und weiteren zweiten Erstreckungsrichtung verstanden werden bzw. eine Höhe der weiteren Stoppervorrichtung relativ zu einer Schicht der weiteren Struktur, auf der die weitere Stoppervorrichtung angeordnet ist.
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Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass die Stoppervorrichtung in die zweite Erstreckungsrichtung und/oder die weitere Stoppervorrichtung in die weitere zweite Erstreckungsrichtung jeweils über ihre gesamte Länge eine gleichbleibende Höhe aufweisen.
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Es ist denkbar, dass die Struktur zusätzliche Stoppervorrichtungen und/oder die weitere Struktur zusätzliche weitere Stoppervorrichtungen umfasst.
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Die Abrundung der Oberfläche der Stoppervorrichtung in die erste Erstreckungsrichtung ist vorzugsweise als Auswölbung ausgebildet. Die Abrundung der weiteren Oberfläche der weiteren Stoppervorrichtung in die weitere erste Erstreckungsrichtung ist vorzugsweise als Auswölbung ausgebildet. Die hervorwölbenden Stoppervorrichtungen und/oder weiteren Stoppervorrichtungen können bevorzugt jeweils ein Breiten zu Höhenverhältnis von kleiner/gleich 4 zu 1 aufweisen, wobei die jeweilige Oberseite eine kontinuierliche Krümmung der Oberfläche über die Breite aufweist. Die Breite gibt hierbei die Ausdehnung der Stoppervorrichtung in die erste Erstreckungsrichtung bzw. die Ausdehnung der weiteren Stoppervorrichtung in die weitere erste Erstreckungsrichtung an. Die Höhe ist die jeweilige Ausdehnung der Stoppervorrichtung (bzw. weiteren Stoppervorrichtung) senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung (bzw. senkrecht zur weiteren ersten und weiteren zweiten Erstreckungsrichtung).
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Die Ausdehnung der Stoppervorrichtung mit gleichbleibender Höhe in die zweite Erstreckungsrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Oberfläche der Stoppervorrichtung entlang dieser zweiten Erstreckungsrichtung zumindest streckenweise eine lineare Erstreckung aufweist. Die Ausdehnung der weiteren Stoppervorrichtung mit gleichbleibender Höhe in die weitere zweite Erstreckungsrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die weitere Oberfläche der weiteren Stoppervorrichtung entlang dieser weiteren zweiten Erstreckungsrichtung zumindest streckenweise eine lineare Erstreckung aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die erste Erstreckungsrichtung zumindest lokal senkrecht zur zweiten Erstreckungsrichtung angeordnet ist, und/oder dass die weitere erste Erstreckungsrichtung zumindest lokal senkrecht zur weiteren zweiten Erstreckungsrichtung angeordnet ist. Es kommen somit beispielsweise Stoppervorrichtungen infrage, die sich geradlinig erstrecken. Alternativ ist es für den Fall, dass die erste Erstreckungsrichtung lediglich lokal senkrecht zur zweiten Erstreckungsrichtung angeordnet ist, beispielsweise auch denkbar, dass kreisförmige oder ovale Stoppervorrichtungen ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Stoppervorrichtung unterhöhlt ist, insbesondere derart, dass sie federnd ausgebildet ist, und/oder dass die weitere Stoppervorrichtung unterhöhlt ist, insbesondere derart, dass sie federnd ausgebildet ist. Die Stoppervorrichtung kann insbesondere im Bereich ihrer zentralen Erhebung unterätzt sein, sodass die Strukturen nachgiebig sind. Die Stoppervorrichtung kann über Federelemente an einer Schicht, insbesondere einer Isolationsschicht, der Struktur angebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Struktur (und somit die beweglichen Elemente) weitere Stoppervorrichtungen bzw. Anschlagstrukturen auf der der Elektrodenschicht zugewandten Seite aufweisen, die über Federelemente an den beweglichen Elementen der weiteren Struktur angebunden sind. Durch Perforationen in der Stoppervorrichtung kann diese beim Opferschichtätzen teilweise unterätzt werden, sodass die Unterhöhlung entsteht.
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Vorteilhafterweise kann somit ein elastisches Abfedern der Masse durch ein Federelement zwischen Anschlag und Masse erzielt werden, wodurch es zu einer Verminderung des Anpressdrucks der Kontaktflächen kommt. Der Anpressdruck und die Aufprallenergie spielen für das Kleberisiko und für die Degradation der Stoppervorrichtungen (und ggf. einer auf der Stoppervorrichtung aufgetragenen Antihaftbeschichtung) bei Mehrfachanschlägen eine große Rolle.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass eine Antihaftbeschichtung auf der Stoppervorrichtung und/oder der weiteren Stoppervorrichtung aufgebracht ist. Somit kann das Kleberisiko weiter verringert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass ein Abstand zwischen der Stoppervorrichtung und der weiteren Struktur, insbesondere der weiteren Stoppervorrichtung, in einer Ruhelage des Systems einen minimalen Abstand zwischen der Struktur und der weiteren Struktur darstellt. Somit berühren sich die Struktur und die weitere Struktur im Fall einer Überlastung vorzugsweise nur über die Stoppervorrichtungen und/oder weiteren Stoppervorrichtungen, wodurch ein Festkleben vorteilhaft unterbunden wird. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass ein Abstand zwischen der weiteren Stoppervorrichtung und der Struktur den minimalen Abstand in der Ruhelage des Systems darstellt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Oberfläche der Stoppervorrichtung in die erste Erstreckungsrichtung einen Scheitelpunkt aufweist, wobei die weitere Oberfläche der weiteren Stoppervorrichtung in die weitere erste Erstreckungsrichtung einen weiteren Scheitelpunkt aufweist, wobei bevorzugt der Scheitelpunkt und der weitere Scheitelpunkt senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung übereinander angeordnet sind, insbesondere derart, dass bei einer Relativbewegung der weiteren Struktur relativ zur Struktur, ein Kontakt zwischen dem Scheitelpunkt und dem weiteren Scheitelpunkt ausbildbar ist. Der Scheitelpunkt und der weitere Scheitelpunkt sind bevorzugt in eine senkrechte Richtung, senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung und insbesondere senkrecht zur weiteren ersten und weiteren zweiten Erstreckungsrichtung, übereinander angeordnet. Wenn sich die Struktur und die weitere Struktur in diese senkrechte Richtung relativ zueinander bewegen, kommen die Struktur und die weitere Struktur an der Stoppervorrichtung und der weiteren Stoppervorrichtung miteinander in Kontakt. Dabei treffen sich Scheitelpunkt und weiterer Scheitelpunkt. Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt und dem weiteren Scheitelpunkt stellt in einer Ruhelage des Systems den minimalen Abstand zwischen der Struktur und der weiteren Struktur dar.
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Somit sind für den Fall, dass sowohl eine Stoppervorrichtung als auch eine weitere Stoppervorrichtung vorhanden sind, die Stoppervorrichtung auf Elektrodenschichtseite und die weitere Stoppervorrichtung auf der Funktionsschichtseite bevorzugt in einer Projektion senkrecht zueinander angeordnet.
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Für den Fall, dass sowohl eine Stoppervorrichtung als auch eine weitere Stoppervorrichtung vorhanden sind, sind die zweite Erstreckungsrichtung und die weitere zweite Erstreckungsrichtung (in einem potentiellen Kontaktpunkt der Stoppervorrichtung und der weiteren Stoppervorrichtung) gemäß einer Ausführungsform vorzugsweise nicht parallel zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt sind die zweite Erstreckungsrichtung und die weitere zweite Erstreckungsrichtung in einem potentiellen Kontaktpunkt der Stoppervorrichtung und der weiteren Stoppervorrichtung senkrecht zueinander angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Stoppervorrichtung und/oder die weitere Stoppervorrichtung Silizium, Siliziumcarbid und/oder Wolfram umfasst. Durch die Verwendung von Hartmaterialien zeigen diese Schichten bei wiederholter Belastung nur geringe plastischen Deformationen und überstehen auch sehr hohe Temperaturen wie sie im Herstellungsverfahren bei einer der Ausbildung der Stoppervorrichtung nachfolgenden Epitaxie der Funktionsschicht entstehen können. Durch plastische Deformationen der Anschlagsflächen würde hingegen die Kontaktfläche mit der Zeit zunehmen und die Haftneigung ansteigen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Stoppervorrichtung und/oder die weitere Stoppervorrichtung zumindest teilweise mithilfe einer lokalen Oxidation von Silizium (LOCOS, local oxidation of silicon) ausgebildet werden. Hierdurch kann die Kontur der Anschläge effizient ausgebildet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Stoppervorrichtung und/oder die weitere Stoppervorrichtung eine Elektrodenschicht umfasst. Die Elektrodenschicht wird bevorzugt zumindest teilweise auf den mithilfe der lokalen Oxidation von Silizium erzeugten Bereichen abgeschieden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, dass die weitere Struktur ein oder mehrere bewegliche Elemente in einer mechanischen Funktionsschicht aufweist. Die Struktur kann eine davon beabstandete Elektrodenschicht umfassen.
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Es ist alternativ oder zusätzlich denkbar, dass die Stoppervorrichtung ein Hartmaterial, insbesondere Silizium, Siliziumcarbid und/oder Wolfram, aufweist. Es ist denkbar, dass die Stoppervorrichtung mithilfe des Elektrodenmaterials und/oder des Hartmaterials gebildet wird.
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Ferner ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Systems, insbesondere eines mikroelektromechanischen Systems, umfassend eine Struktur und eine weitere Struktur, wobei die weitere Struktur relativ zur Struktur beweglich ausgebildet ist, wobei die Struktur eine Stoppervorrichtung aufweist und/oder wobei die weitere Struktur eine weitere Stoppervorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoppervorrichtung und/oder die weitere Stoppervorrichtung zumindest teilweise mithilfe einer lokalen Oxidation von Silizium (LOCOS, local oxidation of silicon) ausgebildet werden.
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Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, Anschläge bzw. Auswölbungen mithilfe eines präzisen und kosteneffizienten Prozesses zu erzeugen. Insbesondere können derart beliebige Geometrien für die Stoppervorrichtungen erzeugt werden, beispielsweise Stoppervorrichtungen mit sphärischer Oberfläche. Die Stoppervorrichtungen dienen als Anschläge bei einem Kontakt der Struktur und der weiteren Struktur.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die weitere Struktur relativ zur Struktur bewegt wird, wobei in einem Überlastungsfall, ein Kontakt zwischen der Stoppervorrichtung und der weiteren Struktur, insbesondere der weiteren Stoppervorrichtung, und/oder ein Kontakt zwischen der weiteren Stoppervorrichtung und der Struktur ausgebildet wird.
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Für das Verfahren zum Herstellen eines Systems und das Verfahren zum Betrieb des Systems können dabei die Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System oder im Zusammenhang mit einer Weiterbildung des Systems beschrieben worden sind.
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Für das System und das Verfahren zum Betrieb des Systems können dabei die Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Systems oder im Zusammenhang mit einer Weiterbildung des Verfahrens zum Herstellen eines Systems beschrieben worden sind.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 3 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
- 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das mikroelektromechanische System 1 umfasst eine Struktur 10 und eine weitere Struktur 20, die relativ zur Struktur 10 beweglich ausgebildet ist und zu Schwingungen angeregt werden kann. Die Struktur 10 umfasst eine Stoppervorrichtung 11 und zusätzliche Stoppervorrichtungen 11', welche als Auswölbungen an der Struktur 10 angeordnet sind. Falls es beim Betrieb des Systems 1 zu einer Überlastung bzw. einer ungewollt hohen Auslenkung der weiteren Struktur 20 kommt, dienen die Stoppervorrichtungen 11, 11' als Anschläge zwischen der Struktur 10 und der weiteren Struktur 20. Somit kann ein großflächiger Kontakt der Strukturen 10, 20 und ein Festkleben der Strukturen 10, 20 aneinander verhindern werden.
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Eine Oberfläche 12 der Stoppervorrichtung 11 ist in einer ersten Erstreckungsrichtung 110 der Stoppervorrichtung 11 abgerundet. Über die Breite der Stoppervorrichtung 11 (in die erste Erstreckungsrichtung 110) weist die Oberfläche 12 somit eine abgerundete Kontur auf. Insbesondere besitzt die Stoppervorrichtung 11 in die erste Erstreckungsrichtung 110 einen mittigen Scheitelpunkt. Die zusätzlichen Stoppervorrichtungen 11' sind entsprechend ausgebildet. Die hervorwölbenden Stoppervorrichtungen 11, 11' besitzen durch ihre verrundete Form einen sehr definierten Kontaktpunkt am Scheitelpunkt. Die Kontaktfläche ist daher sehr klein, was vorteilhafterweise eine geringe Haftkraft zur Folge hat.
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Die Stoppervorrichtungen 11, 11' weisen bevorzugt ein Breiten- (in die erste Erstreckungsrichtung 110) zu Höhenverhältnis (senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung 110, 120) von kleiner/gleich 4 zu 1 auf, sodass die Oberseite eine kontinuierliche Krümmung der Oberfläche 12 in die erste Erstreckungsrichtung 110 aufweist.
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In die zweite Erstreckungsrichtung 120 der Stoppervorrichtung 11 hat die Stoppervorrichtung 11 hingegen zumindest abschnittsweist, also über eine gewisse Ausdehnung, eine gleichbleibende Höhe (senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung 110, 120). Über diese Ausdehnung der Stoppervorrichtung 11 in die zweite Erstreckungsrichtung 120 bleibt der Abstand zwischen der Stoppervorrichtung 11 (insbesondere ihrem Scheitelpunkt) und der weiteren Struktur 20 somit konstant. Die zweite Erstreckungsrichtung 120 zeigt in die Bildebene.
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Die hervorwölbenden Stoppervorrichtungen 11, 11' können aus dem Elektrodenmaterial selbst und/oder aus einem Hartmaterial, wie Si, SiC oder W, gebildet werden. Solche hochschmelzenden Hartmaterialien zeigen bei wiederholter Belastung nur geringe plastischen Deformationen und überstehen auch sehr hohe Temperaturen, wie sie bei der nachfolgenden Epitaxie der Funktionsschicht entstehen. Durch plastische Deformationen der Anschlagsflächen würde die Kontaktfläche mit der Zeit zunehmen und die Haftneigung ansteigen. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Auswölbung der Stoppervorrichtung 11 mithilfe eines LOCOS-Bereichs 32, welcher mithilfe einer lokalen Oxidation von Silizium (LOCOS) erzeugt wurden, ausgebildet. Auf dem LOCOS-Bereich 32 ist die Elektrodenschicht 31 und ggf. die Hartmaterialschicht aufgetragen. Die Elektrodenschicht 31 ist ferner auf weiteren Bereichen der Struktur 10 auf einer Isolationsschicht 30 vorhanden, um Elektroden auszubilden.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform sind die Stoppervorrichtungen 11, 11' jedoch unterätzt, wobei die LOCOS-Bereiche 32 lokal entfernt wurden. Dadurch sind in den Stoppervorrichtungen 11, 11' Unterhöhlungen 13 ausgebildet. Mithilfe der Unterhöhlungen 13 sind die Stoppervorrichtungen 11, 11' federnd ausgebildet. Dies stellt zusätzliche elastische Energieaufnahmemöglichkeiten und Rückstellkräfte beim bzw. nach dem Anschlagen bereit.
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Ferner ist es bei der ersten und zweiten Ausführungsform denkbar, dass die weitere Struktur 20 weitere Stoppervorrichtungen 21, 21' aufweist, welche optional über Federelemente an den beweglichen Elementen der weiteren Struktur 20 angebunden sein können.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In diesem Fall weist die Struktur 10 eine Stoppervorrichtung 11 sowie zusätzliche Stoppervorrichtungen 11' auf. Ferner weist die weitere Struktur 20 eine weitere Stoppervorrichtung 21 sowie zusätzliche weitere Stoppervorrichtungen 21' auf der der Elektrodenschicht 31 zugewandten Seite auf. Dargestellt ist die relative Anordnung der Stoppervorrichtungen 11, 11', 21, 21' in einer Draufsicht. Die Stoppervorrichtung 11 erstreckt sich in eine zweite Erstreckungsrichtung 120 und senkrecht dazu in eine erste Erstreckungsrichtung 110. In die zweite Erstreckungsrichtung 120 bleibt die Höhe der Stoppervorrichtung 11 (senkrecht zur Bildebene bzw. senkrecht zur ersten und zweiten Erstreckungsrichtung 110, 120) konstant. In die erste Erstreckungsrichtung 110 ist die Oberfläche 12 der Stoppervorrichtung 11 hingegen abgerundet und besitzt insbesondere einen Scheitelpunkt. Die zusätzlichen Stoppervorrichtungen 11' erstrecken sich parallel zur zweiten Erstreckungsrichtung 120 und weisen ebenso eine abgerundete Oberfläche in die erste Erstreckungsrichtung 110 und eine gleichbleibende Höhe entlang ihrer jeweiligen zweiten Erstreckungsrichtung 120 auf. Die weitere Stoppervorrichtung 21 erstreckt sich in eine weitere zweite Erstreckungsrichtung 220 mit gleichbleibender bzw. konstanter Höhe. In eine weitere erste Erstreckungsrichtung 210 ist eine weitere Oberfläche 22 der weiteren Stoppervorrichtung 21 abgerundet ausgebildet und besitzt bevorzugt einen mittigen Scheitelpunkt. Parallel zur weiteren zweiten Erstreckungsrichtung 220 verlaufen zusätzliche weitere Stoppervorrichtungen 21', welche jeweils eine der weiteren Stoppervorrichtung 21 entsprechende Oberfläche aufweisen.
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In einem Überlastungsfall berühren sich die Struktur 10 und die weitere Struktur 20 über ihre Stoppervorrichtungen 11, 11', 21, 21', sodass die Kontaktfläche besonders vorteilhaft verringert werden kann. Dadurch, dass die zweite Erstreckungsrichtung 120 der Stoppervorrichtungen 11, 11' und die weitere zweite Erstreckungsrichtung 220 der weiteren Stoppervorrichtungen 21, 21' nicht parallel verlaufen (im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen sie senkrecht zueinander) kann sichergestellt werden, dass auch bei einem Versatz der Anschlagstrukturen gegeneinander der Anschlag noch immer definiert erfolgt. Somit ist eine minimale Kontaktfläche garantiert, die robust gegen ein Verrutschen der Komponenten zueinander ist.
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In 4 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Struktur 10 umfasst eine Stoppervorrichtung 11 sowie zusätzliche Stoppervorrichtungen 11'. Die weitere Struktur 20 umfasst eine weitere Stoppervorrichtung 21 sowie zusätzliche weitere Stoppervorrichtungen 21'. Dargestellt ist die relative Anordnung der Stoppervorrichtungen 11, 11', 21, 21' in einer Draufsicht. Die Stoppervorrichtungen 11, 11' sind jeweils kreisförmig mit jeweils unterschiedlichem Radius um einen gemeinsamen Mittelpunkt ausgebildet. Die weiteren Stoppervorrichtungen 21, 21' erstrecken sich vom gemeinsamen Mittelpunkt der Kreise in ihre weitere jeweilige zweite Erstreckungsrichtung 220 radial nach außen. Dadurch ergibt sich eine Konfiguration, bei der die zweite Erstreckungsrichtung 120 und die weitere zweite Erstreckungsrichtung 220 in den potentiellen Kontaktpunkten zwischen den Stoppervorrichtungen 11, 11' und den weiteren Stoppervorrichtungen 21, 21' jeweils senkrecht aufeinander stehen. Somit kann sichergestellt werden, dass auch bei einem Versatz der Stoppervorrichtungen 11, 11', 21, 21' gegeneinander der Anschlag noch immer definiert an den Scheitelpunkten erfolgt, sodass eine minimale Kontaktfläche ermöglicht wird, die robust gegen ein Verrutschen der Komponenten zueinander ist.
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In 5 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Systems 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In einem ersten Prozessschritt 501 wird ein Substrat 50 bereitgestellt. In einem zweiten Prozessschritt 502 wird eine Oxidationsschicht 30 auf dem Substrat 50 erzeugt. In einem dritten Prozessschritt 503 wird eine Nitridabscheidung 33 erzeugt und eine Strukturierung durchgeführt, sodass eine Oxidationsmaske ausgebildet wird. In einem vierten Prozessschritt 504 wird mithilfe einer lokalen Oxidation von Silizium ein LOCOS-Bereich 32 erzeugt. In diesem Schritt werden die Grundformen der späteren Stoppervorrichtungen 11, 11' erzeugt. In einem fünften Prozessschritt 505 wird die Oxidationsmaske aus Nitrid entfernt. In einem sechsten Prozessschritt 506 wird eine Elektrodenschicht 31 und ggf. eine Hartmaterialschicht abgeschieden. In einem siebten Prozessschritt 507 wird die Elektrodenschicht 31 und ggf. die Hartmaterialschicht strukturiert. In einem achten Prozessschritt 508 wird eine Opferschicht 34 abgeschieden und planarisiert. Ggf. können im achten Prozessschritt 508 Vertiefungen erzeugt werden. In einem neunten Prozessschritt 509 wird eine mechanische Funktionsschicht 35 abgeschieden und strukturiert. In einem zehnten Prozessschritt 510 wird die Opferschicht geätzt, um die mechanisch beweglichen Elemente (der weiteren Struktur 20) freizulegen.
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In 6 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Systems 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel für den ersten bis achten Prozessschritt 501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508. Nach dem achten Prozessschritt 508 wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch ein weiterer neunter Prozessschritt 609 durchgeführt, bei dem eine Maskierung 36, beispielsweise aus Poly-Silizium, auf der Opferschicht 34 abgeschieden wird. In einem weiteren zehnten Prozessschritt 610 wird ein isotropes Gasphasenätzen der Opferschicht 34 unterhabt der Maskierung zum Erstellen verrundeter Formen durchgeführt. Die verrundeten Formen dienen der Ausbildung von weiteren Stoppervorrichtungen 21, 21'. In einem weiteren elften Prozessschritt 611 wird die Maskierung 36 entfernt. In einem weiteren zwölften Prozessschritt 612 wird eine mechanische Funktionsschicht 35 abgeschieden und strukturiert. Die zuvor angelegten verrundeten Ausnehmungen werden dabei mit aufgefüllt und bilden weitere Stoppervorrichtungen 21, 21'. In einem weiteren dreizehnten Prozessschritt 613 wird die Opferschicht 34 zur Freilegung der mechanisch beweglichen Elemente (bzw. der weiteren Struktur 20) geätzt. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 werden somit sowohl Stoppervorrichtungen 11, 11' an der Struktur 10 als auch weitere Stoppervorrichtungen 21, 21' an der weiteren Struktur 20 erzeugt.
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In 7 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Systems 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel für den ersten bis fünften Prozessschritt 501, 502, 503, 504, 505. Nach dem fünften Prozessschritt 505 wird gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel jedoch ein noch weiterer sechster Prozessschritt 706 durchgeführt, bei dem die LOCOS-Bereiche 32 (sowie die Oxidationsschicht 30) und das Substrat 50 gleichmäßig zurückgeätzt werden bis die LOCOS-Bereiche 32 vollständig entfernt wurden. Somit erfolgt ein Topographieübertrag der LOCOS-Struktur in das Substrat 50. Es werden dabei ausgewölbte Bereiche im Substrat gebildet, die die späteren Stoppervorrichtungen 11, 11 darstellen. In einem noch weiteren siebten Prozessschritt 707 wird eine Isolationsschicht 38 und eine Elektrodenschicht 31 abgeschieden. In einem noch weiteren achten Prozessschritt 708 wird die Elektrodenschicht 31 strukturiert. In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Elektrodenschicht dabei auch von den Bereichen des Substrats entfernt, die die späteren Stoppervorrichtungen 11, 11' bilden. In einem noch weiteren neunten Prozessschritt 709 wird eine Opferschicht 34 abgeschieden und planarisiert. In einem noch weiteren zehnten Prozessschritt 710 wird eine mechanische Funktionsschicht 35 abgeschieden und strukturiert. In einem noch weiteren elften Prozessschritt 711 wird eine Opferschichtätzung durchgeführt, um die mechanisch beweglichen Elemente (der weiteren Struktur 20) freizulegen. Die Stoppervorrichtungen 11, 11' bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Substratmaterial des Substrats 50.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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