TWI785318B - 具有大流體有效表面之微機電系統（ｍｅｍｓ） - Google Patents

Abstract

一MEMS包括包含一空腔之一基材。該MEMS包括一可移動層布置結構，該可移動層布置結構係布置在該空腔中，該空腔包含一第一桁條、一第二桁條及布置在該第一桁條與該第二桁條之間並固定在與之電氣絕緣之分立區域處的一第三桁條。該可移動層布置結構被組配用以回應於一第一桁條與一第三桁條之間的一電位、或回應於該第二桁條與該第三桁條之間的一電位而在一基材平面中沿著一移動方向進行一移動。該等第一、第二及第三桁條係該可移動層布置結構之一第一層之部分。該可移動層布置結構包含沿著垂直於該基材平面之一方向相鄰於該第一層布置之一第二層。該第二層係沿著該移動方向採可移動方式布置。

Description

具有大流體有效表面之微機電系統(MEMS)

本發明係有關於被組配用以包括大有效面積以供與流體相互作用之微機電系統(MEMS)。本發明尤其係有關於由於後結構或電阻器結構之堆疊及/或布置而具有擴大型橫向表面之NED (奈米觀靜電驅動)。

WO2012/095185 A1中說明NED (奈米觀靜電驅動)之原理。NED是一種新穎之MEMS (微機電系統)致動器原理。從一技術觀點來看，NED致動器基本上有兩種類型：垂直NED (V-NED)及側向NED (L-NED)。在V-NED中，例如一矽(Si桁條)之物體垂直移動，亦即從基材平面移動出去，例如從藉由Si碟片或晶圓所界定之基材平面移動出去。在L-NED中，諸如一Si桁條之物體側向移動，亦即在平面內移動，例如在一Si碟片內移動。

在NED間隙中，可將情況描述為電極間隙越小，作用之電動力越大且桁條之所欲偏轉從而越大。這意味著幾乎總是希望間隙距離非常小(例如，在奈米範圍內)。

從技術上講，該等電極之間的此類小距離並非總是易於生產。通常，當在矽中生產間隙時，使用的方法係深矽蝕刻(DSi)。一種廣泛使用之DSi方法係所謂的Bosch方法。憑藉Bosch方法，可蝕刻非常小之間隙距離，但僅當外觀比，即一溝槽之深度與寬度之間的商，不比30大很多時才可蝕刻。

這意味著當需要300 nm之一間隙距離時，Bosch方法最大只能蝕刻到10 μm之一深度才有合理之品質。對於許多L-NED應用，僅10 μm之深度並不足夠。當需要例如100 μm之深度時，這可能導致溝槽之寬度也必須施作成十倍大，即大約3 μm寬。

圖11a展示組配為L-NED之一已知MEMS 1000的一示意性截面圖或一截面。MEMS 1000可包含一基材層1002，諸如一BSOI (接合型矽絕緣體)晶圓之一手柄晶圓。BSOI晶圓之一裝置層係堆疊於其上，其中層1002及1004係經由一氧化層來連接，亦即經由BSIO晶圓之一埋入式氧化物(BOX)來連接。布置由層1004所構成之外部電極1008a及1008b，使得層1004之一內部電極1008c係布置在外部電極1008a與1008b之間，其中NED間隙1012 1及1012 2係布置在可例如藉助所述DSi方法取得之該等電極之間。分別介於外部電極1008a與10008b之間的外部溝槽1014₁ 及1014₂ 、以及層1004留下作為外部基材之材料可界定由該等電極所形成之可移動桁條，並且舉例而言，亦可藉由DSi來形成。L-NED致動器之一高度1016舉例而言，可有關於可移動元件之延伸，可能藉由在電極1008a、1008b及/或1008c與層1002之間且垂直於例如由層1002之一主延伸方向所界定之一基材平面新增一間隙而有關。

圖11b展示MEMS 1000的一示意性俯視圖。電極1008a與1008c以及1008b與1008c各可經由布置在分立區域上之一絕緣層1022彼此牢固地機械性連接。由可移動電極1008a、1008b及1008c所形成之可移動元件可沿著平面內布置之側向移動方向1024移動。

L-NED致動器之側向移動可導致內有致動器移動之介質(例如：空氣或液體)之一移動。介質之這種移動可用於生產基於L-NED致動器之(微型)揚聲器或(微型)泵。一揚聲器之音量或一泵之功率取決於所移動體積(空氣或液體)之大小。以一L-NED致動器來說明，所移動體積係藉由偏轉量來確定，亦即，藉由沿著移動方向1024之幅度及L-NED致動器之高度1016來確定。因此，期望生產L-NED致動器高且具有一大偏轉之MEMS揚聲器及/或MEMS泵。

如上述，以下一般性陳述適用於L-NED致動器： l  L-NED致動器之間隙越小，偏轉越大； l  L-NED致動器之間隙越小，(Bosch方法)生產期間基於有限外觀比之致動器之高度越小。

這意味著生產過程使得一小間隙(大偏轉)及桁條之一大高度很難兼得。

DE10 2015 210 919 A1中說明基於L-NED之微型揚聲器或微型泵之原理。

圖12展示從中獲知之一MEMS 2000的一示意性截面圖，其大幅對應於MEMS 1000之側截面圖，其中層1002可另外包含一開口1026，用以允許介於內有電極1008a、1008b及1008c移動之一空腔1028與MEMS 2000之一外部環境之間的一體積流。除此之外，藉助再一絕緣層1006₂ 布置再一基材層1032，其舉例而言，可形成例如MEMS 2000之一蓋子，並且亦包含一開口1034，開口1034可在開口1026當作聲學或流體出口時例如當作用於空腔1028之入口開口。介於層1002與電極1008a、1008b及/或1008c之間的距離1036₁ 、及/或介於該等電極與蓋晶圓1032之間的一距離1036₂ 通常可具有大約1 μm之值(藉由Si之熱氧化作用來確定：10 nm至10 μm)。

根據圖12之主要原理是要提供在一BSOI晶圓上生產、亦於圖11a及圖11b之上下文中描述為裝置晶圓、且具有一蓋晶圓1032之一L-NED致動器。裝置晶圓及蓋晶圓可藉助一接合方法來接合。入口及出口1026及1034係為了聲學信號或流體而提供。

L-NED桁條可側向移動，從而可產生一聲學效應或泵效應。當L-NED高度與L-NED間隙之比偏大時，聲學效應及泵效應變得更有效，越大越好。L-NED高度1016與L-NED間隙1012之比大約為30。此限制導因於Si技術之生產過程。

除此之外，根據圖12之L-NED桁條受垂直拉入效應限制(拉入 = L-NED桁條與蓋晶圓或手柄晶圓之間的機械及/或電氣接觸，諸如受到靜電力之作用而接觸)。這意味著，當向L-NED電極1008a、1008b或1008c之一施加電壓並且層1002及/或1032係連接至接地時，產生一電氣垂直力，其將L-NED桁條拉向底端或拉向頂端。由於L-NED桁條與蓋晶圓1032或手柄晶圓1002之間的距離10361及10362較小(在1 bis 2 μm之範圍內)，因此L-NED桁條朝向底端(垂直，z方向)之移動可導致一拉入效應。基於兩個原因，垂直拉入非為所欲： l  機械性：操作期間L-NED桁條與蓋晶圓或手柄晶圓之間的機械接觸可導致裝置之機械性毀壞。除此之外，可使意欲非常高之移動保真度(輸入與輸出信號之間的期望系統性連接)受到限制，從而導致失真、摩擦損耗及非線性； l  電氣：操作期間L-NED桁條與蓋晶圓或手柄晶圓之間的電氣接觸可導致裝置之電氣毀壞(短路)。

DE 10 2017 203 722 A1說明大外觀比可藉由使該等電極隨後彼此相對偏移來取得。電極之後續偏移係難以控制且因此容易出錯之再一過程。

因此，將期望帶有具有一大外觀比且易於生產之平面內可移動元件的MEMS。

因此，本發明之一目的在於提供具有一大外觀比且易於生產之MEMS。

本目的係藉由申請專利範圍獨立項之標的內容來解決。

本發明之一核心思想在於發現L-NED裝置之電極層可藉由提供附加區域以供與流體相互作用之再一第二層來補充。此第二層可憑藉已存在且可控制之程序來生產，從而可實現簡單之生產並且同時增大有效外觀比。

根據一實施例，一MEMS包括包含一空腔之一基材。該MEMS包括一可移動層布置結構，該可移動層布置結構係布置在該空腔中，該空腔包括一第一桁條、一第二桁條及布置在該第一桁條與該第二桁條之間並固定在與之電氣絕緣之分立區域處的一第三桁條，其中該可移動層布置結構被組配用以根據該第一桁條與該第三桁條之間的一電位、或回應於該第二桁條與該第三桁條之間的一電位而在一基材平面中沿著一移動方向進行一移動。該等第一、第二及第三桁條係該可移動層布置結構之一第一層之部分。該可移動層布置結構包括沿著垂直於該基材平面之一方向相鄰於該第一層布置、並且沿著該移動方向採可移動方式布置之一第二層。相較於該桁條布置結構，該第二層使得附加有效區域能夠與一流體，即一氣體及/或一液體，相互作用。

根據一實施例，該第二層係結構化成一第四、第五及第六桁條。沿著垂直於該基材平面之方向，諸如z，至少在該MEMS之一靜置狀態中，該第四桁條係相鄰於該第一桁條布置，該第五桁條係相鄰於該第二桁條布置，並且該第六桁條係相鄰於該第三桁條布置。這實現附加主動可控制區域。

根據一實施例，經由布置在該第一層與該第二層之間的一中間層將該第一桁條機械性連接至該第四樑、及/或將該第二桁條機械性連接至該第五樑、及/或將該第三桁條機械性連接至該第六桁條。這致使能夠在該等桁條之間實現小流體損耗、及實現個別桁條之移動之機械性耦合。

根據一實施例，該第三樑與該第六桁條係經由布置在該第一層與該第二層之間的一中間層彼此機械性連接。一方面移除介於該第一桁條與該第四桁條之間的該中間層，並且另一方面移除介於該第二桁條與該第五桁條之間的該中間層，以便使該第一桁條與該第四桁條相隔並且使該第二桁條與該第五桁條相隔。由於仍然可經由介於該等第四、第五與第六桁條之間的機械性固定件來取得移動耦合，因此這致使低質量能夠移動。

根據一實施例，一方面該第一桁條與該第四桁條且另一方面該第二桁條與該第五桁條係經由布置在該第一層與該第二層之間的一中間層彼此機械性連接。移除介於該第三桁條與該第六桁條之間的該中間層，以在該第三桁條與該第六桁條之間提供一間隙。此亦實現低質量。

根據一實施例，該第一層與該第二層係經由諸如一絕緣層，諸如氧化矽、氮化矽或聚合物，之一中間層，在該基材之一區域中彼此連接。在介於該空腔在該第一桁條與該第四桁條之間、介於該第二桁條與該第五桁條之間以及介於該第三桁條與該第六桁條之間的一區域中移除該中間層。這致使該等第一、第二及第三桁條能夠相對該等第四、第五及第六桁條獨立移動。

根據一實施例，該等第一、第二及第三桁條形成該可移動層結構之一第一可移動元件。該等第四、第五及第六桁條形成該可移動層結構之一第二可移動元件。該第一可移動元件係沿著該移動方向相對該第二可移動元件採可移動方式布置。這實現該可移動元件之個別偏轉，在感測及致動兩方面都提供高自由度。

根據一項實施例，可一方面在該第一桁條與該第三桁條之間且另一方面在該第四桁條與該第六桁條之間施加不同電位。替代地或另外，可一方面在該第二桁條與該第三桁條之間且另一方面在該第五桁條與該第六桁條之間施加不同電位。這致使能夠獨立評估及/或控制該可移動元件，例如異相或相位偏移。

上述實施例有些係描述成使得該第二層係結構化成桁條，並且相較於該第一層，有效面積係藉助附加桁條面積來擴大。特徵可替代地或另外與一發明設備組合之進一步實施例係有關於該第二層提供一電阻器結構以供與該空腔中之一流體相互作用之事實。為此，可足以採用一電氣被動方式來組配該電阻器結構，其實現簡單之實作態樣。同時，可減少或防止該電阻器結構與外部區域之間的拉入效應。

根據一實施例，該第一桁條、該第二桁條及該第三桁條形成一可移動元件。該第二層形成用於與該空腔中之一流體相互作用之一電阻器結構。該電阻器結構係機械性連接至該可移動元件並且藉由該可移動元件來共同移動。這致使能夠藉由該電阻器結構之附加布置結構來擴大實際有效外觀比，其中這可憑藉簡單且精確之程序來實施。

根據一實施例，該電阻器結構係藉助一中間層連接至該第一層。這致使能夠藉由從一堆疊結構形成該MEMS來實現一簡單組態。

根據一實施例，除了該等第一、第二及第三桁條以外，該第一層還包括一揹負元件，該揹負元件係於面離該第三桁條之一側面上機械性固定至該第一或第二桁條，亦即於該桁條布置結構外側平面內機械性固定。該電阻器結構至少部分地布置在該揹負元件上。這致使能夠將該電阻器結構布置在不必然主動電氣變形之一元件上，使得需要一低度變形能量才能使該電阻器結構變形。

根據一實施例，該揹負元件係機械性固定至該第一、第二或第三桁條。該電阻器結構至少部分地布置在該揹負元件上。這實現一簡單之生產。

根據一實施例，該揹負元件係經由一耦合元件機械性連接至該第一或第二桁條，其中該耦合元件係布置在於該可移動元件之一最大偏轉區域中之該主動元件變形期間至多稍微變形之一區域中，並且該可移動元件未布置在發生一高度材料應變處。這致使能夠防止供耦合元件及/或電阻器結構變形用之非必要高機械能。

根據一實施例，該電阻器結構包含垂直於該移動方向並且沿著該可移動層布置結構之一軸向延伸方向平行於該基材平面布置之數個部分元件。這致使能夠減小該電阻器結構之有效勁度，使得低力足以影響該電阻器結構之變形。替代地或另外，這致使能夠減少或防止個別部分元件之間的機械性相互作用。

根據一實施例，該等部分元件在投射到垂直於該基材平面並且垂直於該移動方向之一平面中之一投影中彼此相隔一距離。這實現變形期間之接觸自由度及/或該電阻器結構之一小質量。

根據一實施例，該距離為至多100 μm、較佳為至多10 μm、以及尤其較佳為至多2 μm。如似壁件結構，這實現該電阻器結構之低流體損耗或流體效應。

根據一實施例，該等部分元件係擇一牢固地機械性連接至該第一桁條或連接至該第二桁條或連接至該第三桁條。這藉由縮減或防止一對角線移動流體點來實現低流體損耗。

根據一實施例，該等部分元件係布置在該第一桁條、該第二桁條及該第三桁條中之至少兩者上。儘管沿著該移動方向有效之壁件可藉由關於沿著深度方向偏移而布置之該等部分元件來衰減，該電阻器結構仍在桁條處實現一完全或部分對稱質量分布。可能不利效應可藉由投射到垂直於該基材平面之上述平面中之一投影中之部分區域之一重疊來補償。

根據一實施例，介於該電阻器結構與該基材之間的一第一距離大於沿著或相反於該移動方向介於該第一桁條與該第三桁條之間的一第二距離。由於可採用一被動方式來組配並為了流體相互作用而實施該電阻器結構，因此可省略受外觀比限制之間隙結構之布置結構。藉此，總之，更大之間隙是有可能的，使得無需複雜處理便可沿著z方向取得大有效尺寸，這有所助益。

根據一實施例，該第一距離比該第二距離大至少1至20、較佳3至10、尤其較佳5至7之因子範圍。

根據一實施例，該第二層包含垂直於該基材平面，諸如沿著z，之一層蓋，其比該第一層大至少1至20、較佳3至10、尤其較佳5至7之一因子範圍。這實現特別有效之MEMS。

根據一實施例，針對該第一層之層厚度與介於該第一桁條與該第三桁條或該第二桁條與該第三桁條之間的一距離，該第一層之一外觀比小於40，這致使能夠進行簡單之程序控制。

根據一實施例，該電阻器結構係布置在該第一層之一第一側面上之一第一電阻器結構。再者，該MEMS包含布置在該第一層之一第二側面上之一第二電阻器結構，該第二側面係相反於該第一側面而布置。這藉由擴大兩側面上之流體有效面積來實現該MEMS之特別高有效性。

根據一實施例，該電阻器結構為了布置在該空腔中之一流體而提供一液阻，其對於如揚聲器或泵之致動器實作態樣特別有助益，但對於諸如麥克風之感測實作態樣或諸如MEMS THz波導之其他實作態樣亦特別有助益。

根據一實施例，可將該電阻器結構與附加桁條層之優點組合。為此，該可移動層布置結構包含結構化成第四、第五及第六桁條之一第三層，使得實施兩個桁條層以及至少一個電阻器結構，其致使能夠進一步提升效率。

在這裡，可機械性連接該等第一、第二與第三桁條以形成一第一可移動元件，同時機械性連接該等第四、第五與第六桁條以形成一第二可移動元件。

根據一實施例，該第一可移動元件係機械性連接至該第二可移動元件，其在考量外觀比之技術限制時實現更高之外觀比，並且由於高力已經可藉由低電壓來產生而實現更低之操作電壓。

根據一實施例，該電阻器結構係一第一電阻器結構，其中該MEMS包含連接至該第二可移動元件之一第二電阻器結構。一方面，這可藉由個別控制及/或感測或憑藉不同可移動元件之一檢測來實現高靈活性，並且實現簡單生產，該等不同可移動元件之有效面積在兩側面上都擴大。

根據一實施例，該第一可移動元件及該第二可移動元件係沿著垂直於該基材平面之一方向彼此相鄰布置且布置在該第一電阻器結構與該第二電阻器結構之間。這致使能夠將可能被動電阻器結構布置在可能連接至接地之結構外側，使得可防止低吸引作用力及拉入效應。

根據一替代實施例，該第一電阻器結構及該第二電阻器結構係彼此相鄰布置，並且係在該第一可移動元件與該第二可移動元件之間沿著垂直於該基材平面之一方向布置。這在該等可移動元件之間實現一大距離，並且因此實現低電氣交叉影響。

根據一實施例，該第一電阻器結構與該第二電阻器結構可相對彼此移動，這尤其在致動器實作態樣中，對於可彼此獨立控制該等可移動元件有助益。

根據一實施例，該可移動層結構包括箝位於該基材之一個側面上之一撓曲桁條結構。箝位於一個側面上之一撓曲桁條結構在自由端處實現大偏轉，其特別有助益，因為根據以上實施例，拉入效應得以減小或防止，可為了該防止而在兩個側面上提供箝位，這裡可防止該幅度減小。

根據一實施例，該第一層及該第二層垂直於該基材平面之一層厚度至少為50 μm。這實現特大MEMS。

根據一實施例，該可移動層布置結構之平行於該基材平面並且垂直於該移動方向之一軸向延伸方向被組配成使得對該移動結構之高度取得至少0.5因子之一尺寸，其尤其有助益，因為該尺寸或長度以與高度或厚度相同之方式影響效率。

根據一實施例，該空腔係藉由至少一個開口流體性連接至該基材之外部環境，其中該至少一個開口係布置在該可移動層布置結構之一平面上。這致使能夠為了其他目的而使用底層及/或蓋層，因為可為了一開口除外之其他目的而使用晶片區域。

根據一實施例，該MEMS係組配為MEMS泵、為MEMS揚聲器、為MEMS麥克風或為MEMS THz波導。

根據一實施例，該MEMS包括被組配用以控制該可移動層結構之控制構件。

根據一實施例，該等第一、第二及第三桁條形成一第一可移動元件，其中該MEMS包含複數個可移動元件，即至少兩個可移動元件。該控制構件被組配用以個別控制複數個可移動元件，其在實施該MEMS時實現高自由度。

進一步有助益組態係申請專利範圍進一步附屬項之標的內容。

在下文將基於圖式更加詳細論述本發明之實施例之前，應知，不同圖式中功能上相等或相等之元件、物體及/或結構係設置有相同參考數字符號，使得不同實施​​例中所示之這些元件之說明係可互換或可互相適用。

以下參照MEMS轉換器(MEMS = 微機電系統)。一MEMS轉換器可包含一個或數個電活性組件，該電活性組件基於一所施加電量(電流、電壓、電荷或相同者)使一機械性組件產生一變化，亦即產生一轉換。此變化舉例而言，可有關於機械性組件之一變形、加熱或拉緊。替代地或另外，諸如變形、加熱或拉緊等對組件之機械性衝擊可導致可在該組件之電氣端子處檢測之一電氣信號或電氣資訊(電壓、電流、電荷或相同者)。一些材料或組件具有一互易性，這意味著該等效應可互換。舉例而言，壓電材料可包含反壓電效應(基於一所施加電氣信號之變形)及壓電效應(基於一變形提供一電荷)。

下文所述實施例有些係有關於一電極布置結構形成一可移動元件之事實。在這裡，可從電極布置結構之一變形取得可移動元件之移動。針對藉由一可能互易性之感測功能，可組配一致動器組態，使得電極布置結構沿著一側向移動方向巨觀地變形，亦即一元件或區域可沿著該側向移動方向移動。該元件或區域舉例而言，可以是一桁條結構之一桁條末端或一中心區域。從微觀上看，當使可變形元件沿著側向移動方向變形時，該可變形元件可垂直於該側向移動方向發生一變形。隨後說明之實施例係有關於巨觀方法。

下文所述之實施例有些係有關於經由機械性固定件彼此連接並且被組配用以基於一電位進行一移動之電極。然而，實施例並不受限於此，而是可包含任何類型之桁條結構，即被組配用以回應於一致動而提供經由一機械性固定件(致動器)轉換成移動之一力、及/或諸如藉由使用壓電材料或其他受致動材料來檢測一變形(感測器)的桁條。該等桁條舉例而言，可以是基於一所施加電位而提供變形之靜電、壓電及/或熱機械電極。

圖1展示根據一實施例之一MEMS 10的一示意性截面圖。MEMS 10包括一基材12，基材12舉例而言，包含數個個別層之一層堆疊14，其中基材12藉由部分地移除個別層，包含布置在基材12內側之一空腔16。

層堆疊14可包括數層。舉例而言，層堆疊14可包含一第一基材層18₁ ，其中一主動層或一裝置層24₁ 係藉助一中間層22₁ 布置於此，諸如藉由接合來布置，其中層序列18₁ 、22₁ 及24₁ 舉例而言，可對應於圖11a關於所用材料及/或尺寸所示之層堆疊。經由再一中間層22₂ ，再一主動層24₂ 可形成層堆疊之部分。經由一中間層22₃ ，再一基材層18₂ 可形成層堆疊24之部分。層序列18₂ 、22₃ 及24₂ 舉例而言，至少可針對層類型及層順序，亦可能參照尺寸，鏡射層序列18₁ 、22₁ 及24₁ ，使得兩個半層堆疊係藉助中間層22₂ 彼此連接。

在這裡，所示層堆疊僅採例示方式繪示。基材層18₁ 及18₂ 舉例而言，可對應於層1002及1032。在這裡，可將中間層22₁ 、22₂ 、及/或22₃ 形成為中間層1006。

層堆疊14可包括不同層及/或附加層，及/或可不包括所示層之一者或數者。因此，有可能未布置基材層18₁ 或18₂ ，或有可能經由一不同基材，產生例如一印刷電路板或相同者，該等進一步層係布置於此。儘管缺少層18₁ 及/或18₂ ，仍可在基材12中取得空腔16。

採例示方式，MEMS 10被組配成使得兩個主動層24₁ 與24₂ 係經由中間層22₂ 彼此連接。主動層24₁ 及/或24₂ 舉例而言，可包含導電材料，例如經摻雜半導體材料及/或金屬材料。導電層之分層布置結構實現一簡單組態，因為空腔16可藉由選擇性地從層24₁ 及24₂ 移除出去來取得，並且中間層22₂ 、及電極結構26a至26e可藉由程序之一適當調整來保留。替代地，亦可能藉由其他措施或程序，諸如藉由在空腔16中產生及/或定位，將電極結構26a至26f完全或部分地布置在空腔16中。在那種狀況中，電極結構26a至26f可形成為與層24₁ 及層24₂ 留在基材12中之部分不同之結構，亦即相同者可包含不同材料。

基材層18₁ 及18₂ 可包含開口28₁ 或28₂ ，該等開口各可提供如針對開口1026及1034所述之流體入口及/或流體出口。

因此，MEMS 10可包含穿過至少一個附加層之MEMS 2000，該附加層係根據所示實施例形成為主動層，並且舉例而言，形成層24₂ 。

電極26a、26b及26c可採用一電氣絕緣方式在分立區域處彼此固定，諸如針對圖11b中之MEMS 1000所述，其中電阻器結構之部分元件係布置在該等電極上之至少兩者上。回應於電極26a與26c之間的一電位，及/或回應於電極26b與26c之間的一電位，可移動元件32之一移動可沿著一移動方向34藉由分立點處之機械性固定件來取得，其可例如對應於方向1024並且可布置在一笛卡爾x/y/z坐標系統之x/y平面中。x/y平面可以是定義平面內移動之請求項，移動方向34沿著該平面內移動發生。

電極26d至26f可以是層24₂ 之其餘部分，並且係垂直於與層24₁ 相鄰之基材平面x/y布置。電極26a至26c至少部分地形成一層布置結構36之一第一層，其中電極26d至26f至少部分地形成層布置結構36之一第二層。

相較於尺寸1016，雖然介於電極26a與26c或26d與26f之間的間隙42₁ 以及介於電極26b與26c或26e與26f之間的間隙42₂ 因為可使用相同程序而如在MEMS 2000中具有相同或相當之尺寸，可移動層布置結構36沿著z方向之一尺寸38仍可擴大。間隙尺寸42₁ 及42₂ 與電極26a至26c或26d至26f沿著z方向之尺寸之間的一外觀比舉例而言，可與針對MEMS 2000所述相同或類似，並且舉例而言，可具有小於40之一值，尤其是大約30。然而，實際有效外觀比可更高，因為尺寸38係藉由並列布置層或電極26a至26f而未擴大間隙42₁ 及42₂ 來沿著z方向增大，例如加倍。

在這裡，與經由中間層22₂ 組合之相應半層堆疊14之MEMS 10之z方向平行之一部分尺寸或部分高度44₁ 及44₂ 可沿著z方向大約對應於MEMS 1000之一相應尺寸。

在這裡，電極26d至26f之一移動可採用不同方式取得。藉由將電極26a與電極26d，例如電極26b與電極26e及/或電極26c與電極26f，成對機械性組合，可直接從可移動元件32之電極26a、26b或26c之移動取得牢固地機械性連接之其他電極之一相應移動。藉此，可在電極26d至26f之層中省略機械性固定件46₁ 及46₂ ，其舉例而言，可對應於MEMS 1000之元件1022。替代地或另外，亦有可能也在層24₂ 之平面中提供相應機械性固定件46，以便將電極26d至26f機械性地固定在分立位置或區域處。藉此，可取得再一可移動元件，其可經由中間層42₂ 牢固地機械性連接至可移動元件32，其中亦可完全或部分地省略一相應連接。

換句話說，L-NED高度與L-NED間隙之比可加倍，舉例而言，藉由接合兩個裝置晶圓24₁ 與24₂ 來加倍，而不是藉由將一裝置晶圓(層22)與一蓋晶圓(層18₁ )接合來加倍，如圖1所示，以使得圖1展示接合之兩個裝置晶圓，以使得L-NED桁條係彼此機械性連接。以此方式，L-NED致動器之外觀比加倍。此解決方案具有數項優點： l  在微型揚聲器中，舉例而言，將外觀比加倍可導致聲音位準提高6 dB； l  加倍之L-NED高度可沿著z方向導致一更高之撓曲強度，這又針對垂直(沿著z方向)拉入效應導致一更低之靈敏度，並且實現一高設計自由度。這舉例而言，可使L-NED桁條更長，這意味著相同者可沿著y方向具有一高軸向延伸。替代地或另外，可將L-NED桁條箝位於一個側面上，而不是箝位於兩個側面上，其有所助益，因為箝位於一個側面上之L-NED桁條比例如箝位於兩個側面上之L-NED桁條實現更大之偏轉。 l  雖然仍然可能，根據已知組態，一蓋子非為絕對需要，這提供節省電位。

如果舉例而言，重新參照根據圖12之一已知MEMS，則一揚聲器或一泵藉助層1006₂ 來接合層1002、1006₁ 及1004之一裝置晶圓(稱為技術1)與一蓋晶圓1032 (稱為技術2)。在這裡，需要兩種不同技術或生產步驟才能生產蓋子及裝置晶圓。相比之下，根據圖1之MEMS 10可僅使用這些技術之一(技術1)來生產，因為接合之兩組件(44₁ 及44₂ )都是裝置晶圓，並且因此係憑藉相同技術1來生產。這意味著可省略使用技術2，其實現簡單之生產。蓋晶圓之角色現藉由18₂ 來實現。

在這裡，應知，如蓋子或底端之用語僅用於更加區分本文中所述MEMS之個別元件，並且既不限於一特定設計，也不限該等層在空間中之一方位。再者，應知，採例示方式論述之沿著z方向之尺寸加倍係可能組態之一。層24₁ 及24₂ 可具有相同或不同尺寸，兩者都有關於基材12中之面積，也有關於空腔16中之面積。

圖2展示根據一實施例之一MEMS 20的一示意性截面圖，其中中間層22₂ 一方面在電極26a、26b與26c之間遭受移除，並且另一方面在電極26d、26e與26f之間遭受移除。

像在MEMS 10中一樣，主動層24₂ 係結構化成沿著與相鄰於電極26a、26b或26c之基材平面垂直之z方向布置之電極26d、26e及26f，然而，電極26d及26f可經由機械性固定件46₃ 在一分立位置處牢固地彼此機械性連接，並且電極26e及26f可經由機械性固定件46₄ 彼此機械性連接，使得關於遺漏或移除之中間層22₂ ，層布置結構2可包含可移動元件32₁ 及32₂ ，其沿著z方向導致相同或相當之有效尺寸38，但卻能夠對可移動元件進行一不同控制。

根據一實施例，一方面可在電極26a與26c之間且另一方面可在電極26d與26f之間施加不同電位。替代地或另外，一方面可在電極26b與26c之間且另一方面可在電極26e與26f之間施加不同電位，其可導致可移動元件32₁ 及32₂ 之不同移動。這意味著相應電極在電流方面呈現分離，及/或僅在諸如特定應用積體電路(ASIC)之一任選控制構件中才有接觸。

換句話說，上裝置晶圓之L-NED桁條未直接連接至底端裝置晶圓之L-NED桁條。可分離控制這兩個L-NED桁條。

圖3a展示根據一實施例之一MEMS 30₁ 的一示意性截面圖，其提供MEMS 10及20之一組合性組態，其中電極26a與26b以及電極26b與26e係經由中間層22₂ 彼此連接，而介於電極26c與26f之間的中間層22₂ 係完全或部分地遭受移除或未布置，以便使電極26c與26f彼此隔開。這導致電極26a與26d以及26b與26e之一共同移動，使得機械性固定件46 (圖3a中未示出)可布置在任何位置上，諸如根據圖2之組態來布置，其中，舉例而言，也有可能省略個別機械性固定件，因為一移動轉移亦可藉由介於該等電極之間的中間層22₂ 發生。

圖3b展示根據一實施例之一MEMS 30₂ 的一示意性截面圖，其中，相較於MEMS 30₁ ，中間層22₂ 係布置在電極26c與26f之間以便牢固地機械性連接這兩個電極，但卻在電極26a與26b之間及/或在電極26b與26e之間遭受移除。在這裡，亦可省略圖2所示機械性固定件46中之一些，舉例而言，可省略介於電極26a與26c之間及介於電極26e與26f之間、或介於電極26b與26c之間及介於電極26d與26f之間的機械性固定件。一移動轉移可經由介於電極26c與26f之間的機械性固定連接發生。

換句話說，頂端裝置晶圓之L-NED桁條可僅部分地直接連接至底端裝置晶圓之L-NED桁條，根據圖3b僅中間電極且根據圖3a僅外部電極。

實施例提供電極26a與26d、電極26b與26e以及電極26c與26f中之至少一對電極係經由布置在該等層之間的一中間層22₂ 彼此牢固地機械性連接之任何組態。任選地，此層亦可如基於圖2所述完全遭受移除。

上述MEMS 10、20、30₁ 及30₂ 包括彼此上下布置或堆疊之兩個主動形成之層，以便增大尺寸38與間隙42之外觀比。雖然這些MEMS係藉由使用藉助一中間層彼此連接之兩個主動層作說明，諸如氧化矽或氮化矽或聚合物或相同者，但實施例仍不受限於此，而是亦能夠布置任意數量的附加進一步層，諸如三個以上、四個以上、五個以上、或更多個。

在下文中，請參照本發明之進一步實施例，其中外觀比係藉由可能被動之其他層來增大。

圖4a展示根據一實施例之一MEMS 40的一示意性截面圖，其中可移動層布置結構36之第二層包括一電阻器結構48，電阻器結構48舉例而言，係由留在、布置於或未移離空腔16之區域且係連接至電極26a、26b及/或26c中之至少一者的基底層18所構成，以便針對電極26a、26b及26c提供一附加液阻。舉例而言，可在一選擇性蝕刻方法期間維持電阻器結構48。相較於電極26a、26b及26c沿著z方向例如可對應於高度1016之高度52，可移動元件32之一有效高度54可藉由電阻器結構48來增大，這有所助益。

尺寸52舉例而言，可介於1 μm與1 mm之間、較佳為介於50 μm與400 μm之間、以及尤其較佳為介於70 μm與150 μm之間。請參照圖1，這可導致大約兩倍大小之一尺寸38，原因在於新增中間層22₂ ，其可具有數µm之一尺寸，諸如1 µm、2 µm或10 µm。以此方式，尺寸56亦可為至少50 μm、至少100 μm或至少200 μm。

在這裡，電阻器結構48之一高度或尺寸56可非常大，尤其是在考量y軸之一位置處沿著一x方向之電阻器結構48之一選擇性布置結構時。以此方式，用於此之一外觀比係藉由介於基材層18與電阻器結構48之間的間隙或空穴58₁ 作說明，及/或介於基材層18與電阻器結構48之間的48₂ 相對電阻器結構48之高度56亦可具有限制比大約小於40之一值，舉例而言，小於35或小於30或更小，亦即尺寸52可比間隙42₁ 及/或42₂ 大此因子。考量間隙58₁ 至58₂ 比介於電極26a至26c之間的間隙42₁ 及/或42₂ 大很多，此外觀比可導致沿著z方向之尺寸56相較於尺寸52亦大很多。尺寸56在空腔之區域中亦可稱為層18之層厚度，因此，電阻器結構可比電極26a至26c之區域中層24之尺寸52大至少2、至少3、至少4或更大之一因子。

換句話說，圖4a展示具有後結構之L-NED桁條，其中該後結構係置放在中間電極下面。

儘管圖4a中布置可移動元件32之諸中間電極26c之一之電阻器結構，圖4b仍繪示有電阻器結構48牢固地機械性連接至電極26b之MEMS 40的一示意性截面圖。替代地或另外，電阻器結構48之至少部分亦可諸如經由中間層22牢固地機械性連接至電極26a。

根據圖4a及圖4b之例示可有關於電阻器結構48僅布置在電極26b或26c之一上之不同MEMS。替代地，電阻器結構48亦可結構化成使得圖4a及圖4b之例示沿著y軸展示不同位置，如將在下面更詳細所示。

電阻器結構48或其部分元件係牢固地機械性連接至可移動元件32，使得電阻器結構48與可移動元件32一起移動。

換句話說，圖4b以截面展示置放於外部電極下面之後結構。

圖4c展示根據一實施例之一MEMS 40'的一示意性截面圖，其中可移動元件32在電極26a至26c之一平面中包含與電阻器結構48牢固地機械性連接之一揹負元件62，諸如藉由中間層22之部分來連接。揹負元件62可由與層24相同之材料所構成，即電極26a至26c，但亦可由不同材料所構成。舉例而言，提供機械性固定之一耦合元件64可布置在與揹負元件62牢固地機械性連接之電極26b與揹負元件62之間。耦合元件64舉例而言，可提供電氣絕緣，然而，其為任選之電氣絕緣。耦合元件64也有可能橫跨沿著y方向之至少一區域沿著x方向至少表示一局部加寬，諸如以一局部增厚之概念表示，然而，其可導致與所產生靜電力有關之不對稱性。較佳的是，揹負元件62係布置在電極26b面離電極26c之一側面上。替代地，揹負元件62亦可牢固地機械性連接至電極26a，較佳為在面離電極26c之一側面上連接。兩種實作態樣亦可予以組合，並且可與關於MEMS 40之陳述組合，這意味著電阻器結構48可完全或部分地布置在揹負元件62上。

耦合元件64及/或局部加寬較佳為可沿著y方向布置在當主動元件或可移動元件32變形時至多稍微變形之區域中，該區域可以是可移動元件之一最大偏轉區域。這意味著耦合元件64較佳為不布置在可移動元件發生一大材料應變度之處。至多稍微變形之區域與積極變形之區域之間的移動幅度或應變幅度舉例而言，可提供2:1、3:1或4:1之一比率。

類似於MEMS 40，介於電阻器結構48與基材，即層18，之間的距離可大於藉由間隙42₁ 與42₂ 作說明之該等電極之間的距離。該距離較佳為可比第二距離大至少三之一因子，較佳為至少四或至少16之一因子。

電阻器結構48可為布置在空腔16中之一流體提供一液阻。雖然所示MEMS 40及MEMS 40'使得電阻器結構48僅沿著負z方向布置在電極結構26a至26c之一個側面上，這些實施例仍亦有關於沿著正z方向布置電阻器結構。進一步實施例係有關於兩種實作態樣之一組合，使得布置再一電阻器結構，其係分別沿著層24及電極26a至26c之正z方向及負z方向布置在兩側面上。

為了控制流體從空腔16出來之一移動方向，舉例而言，例如圖3a及3b中所示之附加蓋層18₁ 及/或18₂ 可布置並設置有相應開口。雖然本文中所述之實施例中之開口係繪示為層堆疊之外部層之部分，替代地或另外，開口仍可側向地例如設置在MEMS 10、20、30₁ 或30₂ 之層24₁ 及/或24₂ 中、及/或設置在MEMS40或40'之層24及/或18中。這致使能夠省略具有開口之一相應蓋層及/或相應矽區域之其他使用。

應知，圖4a、4b及4c中未示出機械性固定件46。

換句話說，圖4c在截面中展示側向於電極置放之後結構。

圖4d展示根據再一實施例之一MEMS 40''的一示意性俯視圖，其中耦合元件64係布置在箝位於基材12₁ 之一個側面上之可移動元件32之一可自由偏轉端上，基材12₁ 將該可移動元件或其可自由偏轉端連接至複數個電阻器結構48₁ 、48₂ ，電阻器結構48₁ 、48₂ 在MEMS之空腔之一凹穴65中形成可移動之一梳狀結構。

圖4e展示圖4d之MEMS 40''在圖4d之截面A'A中的一示意性截面圖，其中清楚可見的是，可移動元件32沿著相鄰於一基材12₂ 之z方向移動，並且諸如在基材上面進行平行於移動方向38之一擦拭移動。經由上有例如藉由使用中間層22布置電阻元件48₁ 、48₂ 及48₃ 之耦合元件64，電阻元件亦可在空腔之凹穴65中沿著移動方向38移動。凹穴65可藉由基材12₂ 沿著x方向側向受限，使得可防止可移動元件32及/或其電極沿著z方向之一相應外觀比或一尺寸。基材12₂ 舉例而言，包含大於75 μm、大於150 μm或大於300 μm之一尺寸67，舉例而言，與電阻器結構48₁ 、48₂ 及48₃ 大小相同。這意味著代替藉助可移動元件32之直接流體相互作用，改為經由梳狀結構之間接致動或感測，由於電阻器結構48₁ 至48₃ 之間的距離69₁ 及69₂ 大，電阻器結構48₁ 至48₃ 可分別組配為大電阻器結構，同時維持相應之外觀比。耦合元件64實現可移動元件32向梳狀結構之移動之一轉移。

換句話說，後結構係裝配在耦合元件64之一可移動但未變形部分上，其在變形之可移動元件NED處移動。

藉此，對於變形之結構而言，沿側向偏轉方向之一勁度增大可非動作有效，亦即可予以防止，因此，不會發生偏轉減小。然而，垂直拉入效應或風險減小之優點得以維持。在這裡，藉由電阻器結構增大勁度變為有效。NED與後結構之連接係經由一耦合元件來施作。在這裡，MEMS 40''中電阻器結構之數量係≥1之任意數量。梳狀結構沿著移動方向38之一側向尺寸71可大於150 μm、大於300 μm或大於600 μm，例如725 μm。

圖5a展示根據一實施例之一MEMS 50的一示意圖，例如從一底面看的一俯視圖。包括可經由位處分立位置之機械性固定件46₁ 至46₈ 彼此牢固地機械性連接之電極26a、26b及26c的可移動元件可牢固地箝位於兩個側面上。電極26a及26c可彼此電氣連接及/或電流性連接，舉例而言，原因在於其係由相同之連續層24所形成。然而，電極26可藉由使用絕緣區域66₁ 及66₂ 而與電極26a及26b電氣絕緣，以便能夠施加與電極26a及26b不同之電位。

圖5b展示與圖5a相當之MEMS 50的一視圖，其中可移動元件在圖5b中有偏轉。可移動元件之一撓曲方向，諸如沿著正x方向，可經由機械性固定件46之方位來調整。

如有關圖4a之上下文所述，電阻器結構48可牢固地機械性連接至電極26c，並且可與相同者一起移動。圖5b之視圖展示可移動元件之偏轉亦可導致電阻器結構48之偏轉，藉此，只要MEMS 50係致動器操作之MEMS，便可移動一高度流體。在一操作感測模式中，一低度移動流體，即小力，可足以造成所示偏轉。

電極26a、26b及26c之一軸向延伸以及因此平行於基材平面並且垂直於移動方向34，例如沿著y，之可移動層布置結構相較於該可移動層結構沿著一厚度方向z之一尺寸，可至少為0.5、較佳為至少0.6、以及尤其較佳為至少0.7之一因子。替代地或另外，沿著y之尺寸可具有範圍在至少10 μm且至多5000 μm內、較佳為至少100 μm且至多2000 μm內、尤其較佳為至少400 μm且至多1500 μm內之一值。

雖然MEMS 50係繪示成使得可移動元件係箝位於兩個側面上，但箝位於一個側面上亦有可能。

換句話說，一電阻器結構之使用係增大NED裝置效率之一附加或替代選項。在L-NED桁條之所示狀況中，可使用小於30或大約30之常見外觀比，使得取得盡可能小之NED間隙42。該等實施例係針對在L-NED桁條之前端及/或後端另外結構化一被動後結構或電阻器結構。該後結構係部分或完全地連接至L-NED桁條。當L-NED桁條移動時，後結構也隨之移動，藉此，與單獨藉由L-NED桁條相比，隨著流體移動，液體或空氣多更多。由於後結構係直接連接至L-NED電極，因此在L-NED桁條偏轉期間，後結構之形狀與桁條本身完全相同。這意味著後結構之偏轉或彎曲可與一L-NED桁條之一完全相同。

基本上可將後結構製成如期望一般高，亦即尺寸56可具有任何大小。相同者舉例而言，可與手柄晶圓之厚度一樣大，這意味著，例如至少300 µm、至少500 µm或至少600 µm或更大，因為此結構不再受L -NED限制，即狹窄之間隙及＜30之外觀比。後結構可藉由更寬之間隙(溝槽)採用一簡單方式從BSOI晶圓之後端結構化。該後端上之溝槽仍然受生產特定限制(例如，具有＜30之一外觀比的一Bosch限制)，因為可將溝槽施作得更寬，尤其是當沿著溝槽方向僅使用一個電阻器結構時，亦可將相同者蝕刻得更深而導致大尺寸56。顯然，後結構亦可予以在外部L-NED電極26a或26b下面生產，或如圖4c所示，甚至生產為平行於L-NED桁條之單獨結構。根據一非限制實例，L-NED高度52可以是75 μm且後結構高度可以是600 μm。藉此，與單獨之L-NED結構相比，一相應結構可移動八倍之空氣。以一微型揚聲器來說明，這對應於多了大約18 dB之聲壓級。這是在附加後結構不顯著影響L-NED桁條之偏轉的假設下發生。為了確保這一點，實施例的設計旨在保持後結構沿側面方向之勁度，亦即沿著x方向或沿著移動方向34之勁度盡可能低，其舉例而言，可藉由沿著此方向偏薄之電阻器結構48來取得。電阻器結構48沿著方向34之一例示性尺寸舉例而言，為至多100 μm、至多50 μm或至多1 μm。為了不顯著影響整個系統之慣性及側向撓曲勁度，只要後結構具有機械穩定性，後結構便可做得盡可能薄。側向偏轉由於將後結構連接至L-NED桁條而造成的損耗可藉由使用沿著y方向之更長尺寸、及/或藉由代表系統設計附加自由度之一更柔軟箝位來替代地或另外補償。

換句話說，圖5a及圖5b展示從底端看的俯視圖，其中L-NED桁條(箝位於兩個側面上)係繪示成處於一靜置狀態或一非偏轉狀態及一偏轉狀態。後結構48恰好跟隨L-NED桁條之移動及/或撓曲/彎曲。

圖6a展示根據一實施例之一MEMS 60的一示意性俯視圖，其中可移動元件32係布置為箝位於一個側面上，藉此撓曲桁條結構之一自由端68比箝位於兩個側面上之MEMS 50之撓曲桁條之一中央區域，可沿著移動方向34具有一較大偏轉。

與其無關，MEMS 60包含用於使電阻器結構48之勁度減小之構件。為此，電阻器結構可包括布置在一個或數個電極26a、26b及/或26c上，至少兩個、至少三個、至少五個或至少10個等任意個數或更多個部分元件48a至48j。以此方式，舉例而言，部分元件48a至48j係沿著相同者之y方向沿著一軸向路線布置在中央電極26c上。基於電阻器元件48之結構化，部分元件48a至48j以距離72a至72i彼此隔開，這使得勁度減小，亦即藉由電阻器結構所致之勁度增大量保持偏低或降到最低。距離72a至72j可相等或不同，並且舉例而言，可為至多100 μm、至多50 μm或至多5 μm，用以在沿著軸向延伸方向y垂直於移動方向34布置之部分元件48a至48j沿著移動方向34移動時，防止流體損耗或至少使其保持偏低。

根據替代實施例，電阻器結構48之部分元件48a至48j可全部牢固地機械性連接至電極26a或連接至電極26b或連接至電極26c。

圖6b展示根據一實施例之一MEMS 60'的一示意性俯視圖，其中部分元件48a至48i係布置在電極26a、26b及26c中之至少兩者上，在所示實施例中，部分元件係布置在電極26a、26b及26c中之各者上。該等部分元件係沿著軸向延伸方向y採用一分散式方式布置，以便在空腔中提供流體阻力。將相同者布置在不同電極26a、26b及/或26c上導致再一自由度，原因在於部分元件48a至48i之投影48'a至48'i在平行於軸向延伸方向且垂直於基材平面布置之一平面74中重疊，舉例而言，平行於y/z平面，亦即沒有距離，舉例而言，如針對投影48'a及48'b所示。雖然投影48'a至48'i有些與相鄰投影可具有距離，但相鄰投影具有一重疊仍有所助益。

與固定件46₁ 至46₈ 一方面係對稱地布置在電極26與26c之間，另一方面係對稱地布置在電極26b與26c之間的圖6a不同，圖6b中之固定件46₁ 至46₇ 可不對稱，舉例而言，用以調整對可移動元件之移動外形及/或負載外形之一適應。

雖然部分元件48a係布置在電極26a上並且部分元件48b係布置在電極26b上，但仍沿著移動方向34取得流體阻力。勁度降低係藉由劃分或分段來取得。然而，同時，該等投影之間的重疊76實現低流體損耗。當考量投影48'b及48'c包含，而不是重疊76，較佳為與距離72a至72h對應調整以使流體損耗保持低之一距離78時，此為一任選特徵之事實變得清楚。

換句話說，另外有可能沿著後結構對其進行劃分，以顯著減小對沿移動方向勁度增大之貢獻，從而防止側向偏轉。在這裡，該等劃分係以中斷來繪示，其流體效率(防止一顯著聲學短路，可能之衰減調整)可藉由一相應幾何選擇(小間隙，即距離72)來具體調整。本質上，選擇足夠小之間隙有所助益。由於外觀比之限制及因此給定之最小中斷寬度以及相應之流體損耗，如圖6b所示將後結構交錯地附接至電極可有所助益，使得採流體方式組建一壁件，而由於該等投影重疊之事實，仍然可顯著降低勁度，並可維持技術界線條件。

換句話說，圖6a及6b展示具有中斷之後結構。繪示基於一後結構之一微型揚聲器或微型泵之結構，亦即圖4a至圖4c之後結構可在頂端及/或底端包含一蓋層，並且可設置有入口及/或出口。

圖7a展示根據一實施例之一MEMS 70₁ 的一示意性截面圖，其舉例而言，藉由可藉助進一步中間層或接合層82₁ 及82₂ 連接至層18或24之所述蓋層78₁ 及78₂ 來補充圖4a之MEMS 40。層78₁ 及78₂ 可採用與層18相同之方式來形成。接合層82₁ 及82₂ 可採用與中間層22相同或類似之方式來形成。介於可移動元件之外部電極26a及26b與基材12之間的一距離84可大於間隙42₁ 至42₂ ，使得高度52沒有實質限制。

換句話說，在一微型揚聲器及/或微型泵中，後結構提供再一重要設計優勢。如上述，諸如根據MEMS 2000之已知微型揚聲器蒙受所謂的垂直拉入效應。這意味著驅動電壓可能不會高到致使L-NED桁條被拉向頂端或底端並與蓋層接觸，亦即發生垂直拉入效應。L-NED結構沿著z之垂直方向勁度越強，在不發生垂直拉入之情況下驅動電壓可越高。垂直拉入對於箝位於一個側面上之L-NED桁條尤其至關重要。在一正常狀況中，箝位於一個側面上之L-NED桁條至少在自由端會比箝位於中心之兩個側面上之桁條偏轉程度更大。然而，當與在箝位於兩個側面上之相當L-NED桁條中相比，由於垂直拉入效應而選擇更小驅動電壓時，有可能部分失去此優勢。

L-NED結構之垂直勁度可能主要由厚度/高度、由L-NED桁條之長度及箝位來界定。桁條越厚且越短及/或箝位之勁度越高，則桁條對垂直拉入越不敏感。然而，如所論述，不能選擇具有任何大小之L-NED桁條之厚度，因為生產過程相應地有所限制，諸如Bosch程序之限制。桁條之長度也不能選擇太短，箝位之勁度也不能太低，因為這會限制側向偏轉。這意味著為了取得高偏轉，關於設計，對於微型揚聲器及微型泵，期望具有低勁度箝位之長桁條。然而，這由於垂直拉入而限制驅動電壓。因此，藉由選擇長桁條及低勁度而已在偏轉方面取得之優勢可能藉由因垂直拉入效應導致的驅動電壓降低而再次部分失去。

所論述之後結構/電阻器結構為上述難題提供一解決方案。由於可選擇任意大小之後結構高度，例如比L-NED桁條大八倍，因此總體結構之勁度沿垂直方向藉由後結構而顯著增大，並且主宰總體勁度。藉此，為了設計L-NED桁條之長度及/或箝位而取得附加空隙。舉例而言，為了取得更大之側向偏轉，可將桁條設計得更長，並且可將箝位設計得更柔軟。關於垂直拉入效應所產生之缺點係接著藉由後結構之高度來補償。此優點既適用於箝位於一個側面上之L-NED桁條，也適用於箝位於兩個側面上之L-NED桁條。

圖7b展示根據一實施例之一MEMS 70₂ 的一示意性截面圖，其中用於將空腔16連接至基材12外側一外部環境88之開口28₂ 係布置在可移動層布置結構之一平面中，這意味著相同者至少部分地與電阻器元件48及/或電極26a、26b及26c之層24及/或中間層22重疊。此一側向布置之開口可能夠為了一開口除外之其他目的而使用層78₂ 。替代地或另外，開口28₁ 亦可側向布置。一個或數個開口之一側向布置結構在本文中所述之所有MEMS中是有可能的而沒有任何限制。開口28₁ 及28₂ 亦可布置在可移動層布置結構之區域中兩個側面上所箝位之一桁條之箝位之區域中、或布置在可移動層布置結構之一個側面上所箝位之一桁條之經箝位且可自由移動端之區域中。

圖8a展示根據一實施例之一MEMS 80₁ 的一示意性截面圖，其組合雙電極及後結構或電阻器結構之特徵。這亦可視為舉例而言，使得在MEMS 70₁ 之上下文中所述之空腔16中之可移動結構亦加倍，及/或使得MEMS 10、20、30₁ 或30₂ 另外設置有該電阻器結構、或設置有數個電阻器結構。以此方式，舉例而言，可在經由中間層22₂ 彼此完全或部分地連接之電極26a、26b及26c或26d、26e及26f中結構化層24₁ 及24₂ 。藉此，可取得可經由連接至中間層22₂ 而彼此牢固地機械性連接之兩個可移動元件32₁ 及32₂ 。一相應電阻器結構48₁ 或48₂ 可牢固地機械性連接至相應之可移動元件32₁ 及32₂ 或可以是其部分。在這裡，電阻器結構48₁ 及48₂ 可採用相同或不同方式來組配，例如藉由結構化成不同數量之部分區域、電阻器結構或其部分區域在不同電極處之一布置結構、及/或沿著z方向之不同尺寸來組配，因為對於可移動元件32₁ 及32₂ 之所有層全都有可能。

MEMS 80₁ 可被組配成使得可移動元件係在第一電阻器結構48₁ 與48₂ 之間沿著垂直於基材平面之方向z相對電極布置26a至26c及26d至26f彼此相鄰布置。

圖8b展示MEMS 80₂ 的一示意性截面圖，其中可移動元件32₁ 及32₂ 針對MEMS 80₁ 互換相對方位，使得電阻器結構48₁ 及48₂ 係彼此相鄰且在可移動元件32₁ 及32₂ 與電極布置結構26a至26c及26d至26f之間沿著垂直於基材平面之z方向布置。雖然介於電阻器結構48₁ 與48₂ 之間的中間層22₂ 係繪示為遭受移除，仍亦可為了電阻器結構48₁ 與48₂ 之間的機械性固定而提供相同者。然而，在所示變例中，電阻器結構48₁ 及48₂ 可相對彼此移動，其實現不同控制。兩電阻器結構都可連接至實現或控制此移動之一主動結構，諸如經由可移動元件32₁ 及32₂ 來連接。為了MEMS 80₁ 及80₂ 而提供之一控制構件可被組配用以個別或共同地控制可移動元件32₁ 及32₂ 。可為了本文中所述之任何其他MEMS而提供控制構件86，以控制可移動層結構。

換句話說，可將堆疊電極與後結構之想法組合以取得甚至更高之聲壓級。圖8a及8b中繪示例示性組合。這又可使可移動體積加倍，亦即，以微型揚聲器來說明，可取得6 dB之額外音量。這意味著堆疊與後結構之組合可在理論上將音量提高大約25 dB (2x9)，其中假設這項實例中所述為20*log(2*9) = 25 dB，2用於將音量加倍且9為所取得總高度(600+75)/75之因子。在根據圖8a之這種結構中，甚至可將垂直拉入完全消除。當後結構48₁ 及48₂ 以及蓋子78₁ 及78₂ 係連接至接地時，可防止後結構與蓋晶圓之間發生電動力，亦即實際上可不再發生垂直拉入。

雖然圖8a及8b展示兩個L-NED-T致動器之堆疊，其中T指出電極與電阻器結構組合之形狀，此概念可依照任何方式延伸，使得舉例而言，可新增進一步附加電極結構或L-NED致動器。

圖9展示根據一實施例之一MEMS 100的一示意性側視截面圖，其中電極或桁條26a、26b及26c係分別相對布置在相鄰層中之桁條或電極26d、26e及26f分別偏移一可能電極個別偏移量91₁ 、91₂ 及91₃ ，其中該偏移對於兩個或數個元件亦可替代地具有相同量，或亦可沿著x方向指向不同方向。

層24₁ 及24₂ 以及從這些層結構化之可移動元件32₁ 及32₂ 係例如經由中間層22₁ 及22₂ 彼此連接。實施例包括距離91₁ 、91₂ 及91₃ 不必假設相同值，但可如此做。

圖10在一實施例的一截面圖中展示以桁條形式結構化之層24₁ 及24₂ 形成可移動層布置結構36。與圖9類似，桁條91₁ 、91₂ 及91₃ 之距離最大為100 μm、較佳為50 μm、尤其較佳為5 μm。

本發明之實施例亦有可能在後結構之平面中側向地設計入口及/或出口，使得蓋子及底板平面可用於電氣信號分布。藉此，可取得一較佳增大之填裝密度。

實施例使一基於L-NED之致動器實現橫向或交叉區域之高擴大，例如16倍。對於一發明性微型揚聲器，這可產生高達24 dB之一聲級，其為一顯著量。除此之外，該效應對於發明性微型泵亦有所助益。由於總體結構之高度係由後結構所增大，因此垂直拉入電壓大幅增加。一更高之拉入電壓可提供數種設計自由度，舉例而言，使L-NED長度更長並使箝位(位在一個側或兩個側面上)更柔軟，以取得一更大之NED偏轉。除了泵、揚聲器及麥克風外，其他應用亦有關於用於高頻之MEMS波導，尤其是在THz範圍內。

雖然已以一設備為背景說明一些態樣，明顯可知的是，這些態樣也代表對應方法之一說明，使得一設備之一程序塊或裝置對應於一相應方法步驟或一方法步驟之一特徵。類似的是，以一方法步驟為背景說明之態樣也代表一對應程序塊或一對應設備之細節或特徵的說明。

上述實施例對於本發明之原理而言只具有說明性。瞭解的是，本文中所述布置與細節的修改及變例對於所屬技術領域中具有通常知識者將會顯而易見。因此，意圖使本發明僅受限於隨附專利請求項之範疇，並且不受限於藉由本文中實施例之說明及解釋所介紹之特定細節。

10,20,301,302,40,50,40',40'',60,60',70₁ ,70₂ ,80₁ ,80₂ ,100,1000,2000:MEMS 12:基材 14:層堆疊 16,1028:空腔 18₁ ,18₂ ,1032:基材層 22₁ ,22₂ ,22₃ ,1006:中間層 24₁ :裝置層 24₂ :主動層 26a,26b,26c,26d,26e,26f:電極結構 28₁ ,28₂ ,1026,1034:開口 32,32₁ ,32₂ :可移動元件 34:移動方向 36:層布置結構 38,56,67:尺寸 42₁ ,42₂ ,58₁ ,58₂ :間隙 44₁ ,44₂ :部分高度 46₁ ~46₈ :機械性固定件 48,48₁ ~48+:電阻器結構 48a~48j:部分元件 52:高度 54:有效高度 62:揹負元件 64:耦合元件 65:凹穴 66₁ ,66₂ :絕緣區域 68:自由端 69₁ ,69₂ ,72a~72i,78,84,1036₁ ,1036₂ :距離 71:側向尺寸 74:平面 76:重疊 82₁ ,82₂ :接合層 86:控制構件 88:外部環境 91₁ ,91₂ ,91₃ :電極個別偏移量 1002,1004:層 1008a,1008b,1008c:電極 1012₁ ,1212₂ :NED間隙 1014₁ ,1014₂ :外部溝槽 1016:高度 1022:絕緣層 1024:側向移動方向

本發明之較佳實施例將在下文參照附圖來論述。其展示： 圖1        根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖； 圖2           根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中附加致動器厚度係藉由附加電極來取得； 圖3a      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中一第一層及一第二層之外部電極係經由一中間層彼此連接，而在內部電極中，該中間層係遭受完全移除或未布置； 圖3b      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中相較於圖3a之MEMS，該中間層係布置在該等內部電極之間，用以將這兩個電極彼此牢固地機械性連接，但在該等外部之間卻遭受移除； 圖4a      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中該可移動層布置結構之該第二層包括例如由一基材層所構成之一電阻器結構； 圖4b      圖4a之MEMS的一示意性截面圖，其中該電阻器結構係牢固地機械性連接至一外部電極； 圖4c      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中該可移動元件在該第一層之該等電極之一平面中包含一揹負元件，該電阻器結構係經由一耦合元件與其牢固地機械性連接； 圖4d      根據再一實施例之一MEMS的一示意性俯視圖，其中該耦合元件係布置在箝位於該基材之一個側面上之可移動元件之一可自由偏轉端上； 圖4e      圖4d之一截平面A'A中圖4d之MEMS的一示意性截面圖； 圖5a      根據一實施例之一MEMS的一示意圖，其中該可移動元件係牢固地箝位於兩個側面； 圖5b      圖5a之MEMS處於該可移動元件之一偏轉狀態中的一示意圖； 圖6a      根據一實施例之一MEMS的一示意性俯視圖，其中該電阻器結構之部分元件係布置在該等電極之一上； 圖6b      根據一實施例之一MEMS的一示意性俯視圖，其中該電阻器結構之部分元件係布置在該等電極之至少兩者上； 圖7a      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，例如圖4a之MEMS，其穿過一蓋層； 圖7b      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其中用於將空腔連接至一外部環境之一開口係布置在該可移動層布置結構之一平面中之基材外側； 圖8a      根據一實施例之一MEMS的一示意性截面圖，其組合雙組配電極及後結構或電阻器結構之特徵； 圖8b      根據一實施例之MEMS的一示意性截面圖，其中將兩個可移動元件相對圖8a之MEMS的相對方位交換，使得該等電阻器結構係彼此相鄰布置； 圖9        根據一實施例之MEMS的一示意性截面圖，其中不同層之電極係彼此連接並且具有一偏移； 圖10      根據一實施例之MEMS的一示意性截面圖，其中不同層之電極係彼此不接觸並且具有一偏移； 圖11a    組配為L-NED之一已知MEMS的一示意性截面圖或一截面； 圖11b    圖11a之MEMS的一示意性俯視圖；以及 圖12      再一已知MEMS的一示意性截面圖。

10:MEMS

12:基材

14:層堆疊

16:空腔

18₁,18₂:基材層

22₁,22₂,22₃:中間層

24₁:裝置層

24₂:主動層

26a,26b,26c,26d,26e,26f:電極結構

28₁,28₂:開口

32:可移動元件

34:移動方向

36:層布置結構

38:尺寸

42₁,42₂:間隙

44₁,44₂:部分高度

46₁,46₂:機械性固定件

Claims (38)

1. 一種微機電系統(MEMS)，其包括：一基材，其包含一空腔；一可移動層布置結構，其係布置在該空腔中，該可移動層布置結構包括一第一桁條、一第二桁條及布置在該第一桁條與該第二桁條之間並固定在與之電氣絕緣之分立區域處的一第三桁條；其中該可移動層布置結構被組配用以回應於該第一桁條與該第三桁條之間的一電位、或回應於該第二桁條與該第三桁條之間的一電位而在一基材平面中沿著一移動方向進行一移動；其中該等第一、第二及第三桁條係該可移動層布置結構之一第一層之部分，並且該可移動層布置結構包含沿著垂直於該基材平面之一方向相鄰於該第一層布置之一第二層，其中該第二層係沿著該移動方向採可移動方式布置；其中，相對於該第一層，該第二層提供附加區域以供與流體相互作用。
2. 如請求項1之MEMS，其中該等桁條係靜電、壓電、熱機械電極。
3. 如請求項1之MEMS，其中該第二層係結構化成一第四桁條、一第五桁條及一第六桁條，其中該第四桁條係相鄰於該第一桁條布置；並且該第五桁條係相鄰於該第二桁條；以及該第六桁條沿著垂直於該基材平面之該方向相鄰於該第三桁條。
4. 如請求項3之MEMS，其中諸相鄰層之該等桁條係彼此偏移布置。
5. 如請求項3之MEMS，其中該第一桁條與該第四桁條、該第二桁條與該第五桁條、以及該第三桁條與該第六桁條中之至少一者係經由布置在 該第一層與該第二層之間的一中間層彼此機械性連接。
6. 如請求項3之MEMS，其中該第三桁條與該第六桁條係經由布置在該第一層與該第二層之間的一中間層彼此機械性連接；以及一方面移除介於該第一桁條與該第四桁條之間的該中間層，並且另一方面移除介於該第二桁條與該及第五桁條之間的該中間層，以便將該第一桁條與該第四桁條隔開且將該第二桁條與該第五桁條隔開。
7. 如請求項3之MEMS，其中一方面該第一桁條與該第四桁條且另一方面該第二桁條與該第五桁條係經由布置在該第一層與該第二層之間的一中間層彼此機械性連接；以及移除介於該第三桁條與該第六桁條之間的該中間層，以便在該第三桁條與該第六桁條之間提供一間隙。
8. 如請求項3之MEMS，其中該第一層與該第二層係經由一中間層在該基材之一區域中彼此連接；其中移除介於該第一桁條與該第四桁條之間、介於該第二桁條與該第五桁條之間、及介於該第三桁條與該第六桁條之間的該空腔之一區域中之該中間層。
9. 如請求項8之MEMS，其中該等第一、第二及第三桁條形成該可移動層布置結構之一第一可移動元件，並且其中該等第四、第五及第六桁條形成該可移動層布置結構之一第二可移動元件，其中該第一可移動元件係相對該第二可移動元件沿著該移動方向採可移動方式布置。
10. 如請求項9之MEMS，其中一方面在該第一桁條與該第三桁條之間且另一方面在該第四桁條與該第六桁條之間可施加不同電位，及/或其中一方面在該第二桁條與該第三桁條之間且另一方面在該第五桁條與該第六桁條之間可施加不同電位。
11. 如請求項1之MEMS，其中該第一桁條、該第二桁條及該第三 桁條形成一可移動元件，並且其中該第二層形成一電阻器結構以供與該空腔中之一流體相互作用，其係機械性連接至該可移動元件，並且其連同該可移動元件一起移動及/或變形。
12. 如請求項11之MEMS，其中該電阻器結構係藉助一中間層連接至該第一層。
13. 如請求項11之MEMS，其中該第一層更包括面離該第三桁條之一側面上機械性固定於該第一或第二桁條之一揹負元件，其中該電阻器結構係至少部分地布置在該揹負元件上。
14. 如請求項13之MEMS，其中該揹負元件係經由一耦合元件牢固地機械性連接至該第一或第二桁條，其中該耦合元件係布置在於該可移動元件之一變形期間經歷最大偏轉之一區域中。
15. 如請求項11之MEMS，其中該電阻器結構包含沿著該可移動層布置結構之一軸向延伸方向垂直於該移動方向並平行於該基材平面布置之數個部分元件。
16. 如請求項15之MEMS，其中該等部分元件沿著該軸向延伸方向彼此具有一距離。
17. 如請求項16之MEMS，其中該距離為最大100μm。
18. 如請求項15之MEMS，其中該等部分元件係牢固地機械性連接至該第一桁條或連接至該第二桁條或連接至該第三桁條。
19. 如請求項15之MEMS，其中該等部分元件係布置在該第一桁條、該第二桁條及該第三桁條中之至少兩者上。
20. 如請求項11之MEMS，其中沿著或相反於該移動方向介於該電阻器結構與該基材之間的一第一距離大於介於該第一桁條與該第三桁條之間的一第二距離。
21. 如請求項20之MEMS，其中該第一距離比該第二距離大至少1至20之因子範圍。
22. 如請求項11之MEMS，其中該第二層具有垂直於該基材平面之一層厚度，該層厚度比該第一層大至少1至20之因子範圍。
23. 如請求項11之MEMS，其中針對該第一層之一層厚度、及介於該第一桁條與該第三桁條之間的一距離，該第一層之一外觀比小於40。
24. 如請求項11之MEMS，其中該電阻器結構係布置在該第一層之一第一側面上之一第一電阻器結構，其更包含布置在該第一層之一第二側面上之一第二電阻器結構，該第二側面係相反於該第一側面布置。
25. 如請求項11之MEMS，其中該電阻器結構為了布置在該空腔中之一流體而提供一液阻。
26. 如請求項11之MEMS，其中該可移動層布置結構包含結構化成一第四桁條、一第五桁條及一第六桁條之一第三層；其中該等第一、第二及第三桁條形成一第一可移動元件，並且其中該等第四、第五及第六桁條形成該可移動層布置結構之一第二可移動元件。
27. 如請求項26之MEMS，其中該第一可移動元件係機械性連接或未連接至該第二可移動元件。
28. 如請求項26之MEMS，其中該電阻器結構係一第一電阻器結構，並且包含連接至該第二可移動元件之一第二電阻器結構。
29. 如請求項28之MEMS，其中該第一可移動元件及該第二可移動元件係彼此相鄰布置，並且係在該第一電阻器結構與該第二電阻器結構之間沿著垂直於該基材平面之一方向布置。
30. 如請求項28之MEMS，其中該第一電阻器結構及該第二電阻器結構係彼此相鄰布置，並且係在該第一可移動元件與該第二可移動元件之間 沿著垂直於該基材平面之一方向布置。
31. 如請求項30之MEMS，其中該第一電阻器結構與該第二電阻器結構可彼此相對移動。
32. 如請求項1之MEMS，其中該可移動層布置結構包括箝位於該基材處之一個側面上之一撓曲桁條結構。
33. 如請求項1之MEMS，其中該第一層及該第二層垂直於該基材平面之一層厚度至少為50μm。
34. 如請求項1之MEMS，其中沿著與該基材平面平行且與該移動方向垂直之一方向的該可移動層布置結構之一軸向延伸，相較於沿著一厚度方向之該可移動層布置結構之一尺寸，具有至少一0.5因子之一尺寸，並且具有範圍在10μm至5000μm內之一值。
35. 如請求項1之MEMS，其中該空腔係經由至少一個開口流體性連接至該基材之一外部環境，其中該至少一個開口係布置在該可移動層布置結構之一平面中。
36. 如請求項1之MEMS，其被組配為MEMS泵或為MEMS揚聲器、為MEMS麥克風或為MEMS THz波導。
37. 如請求項1之MEMS，其包含被組配用以控制該可移動層布置結構之控制構件。
38. 如請求項37之MEMS，其中該等第一、第二及第三桁條形成一第一可移動元件，並且該MEMS包含複數個可移動元件，其中該等控制構件被組配用以個別控制該等複數個可移動元件。

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