静电MEMS致动器及其制造方法与流程

本发明涉及可以在芯片平面中(横向)移动的微机电致动器(mems)，其中难以发生垂直拉入效应和/或其中在厚度方向上的大尺寸是可能的。本发明还涉及用于制造这种mems的方法。本发明尤其涉及一种可横向偏转的静电弯曲致动器lned(横向纳米静电驱动器)的电压调节电极的凹陷，用于在封装lned致动器时避免垂直拉入效应。

背景技术：

纳米静电驱动(ned)致动器可以具有垂直(vned)或横向(lned)配置。例如，ned可以用于mems扬声器。暴于lned的mems扬声器可以通过使用晶片键合的3d集成来制造。lned致动器横向移动，即，在基板平面内移动。当向lned设备提供控制电压时，在不同充电区域之间出现电压差。一方面，电压差用于静电弯曲致动器lned的操作，因此从根本上不是必需的。另一方面，电压差可能导致lned致动器与键合的顶部基板或底部基板之间的垂直拉入效应。由于在这种情况下lned致动器会与顶部基板或基础基板发生机械接触，因此不希望产生拉入效应，这可能会导致功能干扰和设备整体故障。这包括机械摩擦或“粘附”，即，将致动器机械地和最终地附接到底部晶片或顶部晶片。底部晶片或顶部晶片可以沿着垂直方向布置，使得该效果可以被描述为垂直拉入效应。术语“垂直”是指在层叠方向上的布置，但是没有限制作用。

尽管存在通过屏蔽控制电势来避免拉入效应的构思，但是另一方面，人们正在努力使可移动元件与周围基板之间的距离保持尽可能小，使得由于在lned致动器周围流动的流体(例如空气的气体或液体)而产生的损耗较小，这样由于距离较小而增加拉入效应的危险。

当前致动器的另一缺点是其厚度较薄。当前致动器的厚度仅在10μm到75μm之间。这样不利于设备作为扬声器的功能，这是因为随着lned致动器的横向移动，移动的空气相对较少。此外，这种薄的结构具有较小的垂直弯曲刚度。这导致垂直拉入效应的危险增加。

例如，wo2012/095185a1描述了mems扬声器。本文列出的问题也适用于基于mems的微型泵。

因此，需要一种至少降低mems致动器的垂直拉入效应的风险的构思。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是创建一种mems及其制造方法，该mems对垂直拉入效应的发生具有鲁棒性。

该目的是通过独立专利权利要求的主题来实现的。

根据本发明的第一方面，mems包括具有腔体的基板。mems包括：可移动构件，布置在腔体中，包括第一电极、第二电极和第三电极，该第三电极布置在第一电极和第二电极之间并且以与第一电极和第二电极电绝缘的方式固定在分立区域。可移动构件被构造成响应于第一电极和第三电极之间的电势和/或响应于第二电极和第三电极之间的电势而在基板平面内沿着移动方向移动。第三电极垂直于基板平面的尺寸小于第一电极垂直于基板平面的尺寸和第二电极垂直于基板平面的尺寸。第三电极垂直于基板平面的与第一电极和第二电极相比的较小尺寸使出现的场线和因此的静电引力有可能撞击相邻的电极，所以在周围的基板上(例如基板下方和/或上方)产生的一定比例的静电力较小，导致对基板的吸引力较小且减少或防止垂直拉入效应的发生。由此，可以将垂直引入效应的发生至少转移到不会干扰操作的区域中。

根据本发明的第二方面的mems包括具有腔体的基板。mems包括：可移动构件，布置在腔体中，包括与基板相连的第一电极，与基板相连的第二电极，以及布置在第一电极与第二电极之间并与基板相连的第三电极，第三电极以电绝缘的方式在分立区域处与第一电极和第二电极相固定。可移动构件被构造成响应于第一电极和第三电极之间的电势和/或响应于第二电极和第三电极之间的电势而在基板平面内沿着移动方向移动。第一电极和第二电极在没有电势的状态下处于机械张力下，使得作为分离固定的结果，第一电极和第二电极远离第三电极移动。第一电极和第二电极在机械应力下的布置使得可以制造沿着垂直于基板平面的方向具有较大延伸的致动器。因此，可以使用可实现的纵横比，使得获得沿着垂直于基板平面的方向的大尺寸，并且随后可以利用机械应力减小所产生的间隙，以获得有效的mems。沿着垂直于基板平面的方向的大尺寸允许较高的垂直刚度，这降低或防止垂直拉入效应的发生。此外，通过沿着垂直于基板平面的方向的高或大尺寸，可以移动大量的流体，从而提高了mems器件的效率和功率密度。

制造根据本发明的第一方面的mems的方法包括提供基板。该方法还包括在基板的腔体中布置可移动构件，该可移动构件包括第一电极、第二电极和布置在第一电极与第二电极之间的第三电极，使得第三电极以电绝缘的方式在分立区域处与第一电极和第二电极相固定。布置第一电极、第二电极和第三电极，使得可移动构件响应于第一电极和第三电极之间的电势或响应于第二电极和第三电极之间的电势而在基板平面内沿着移动方向执行移动。布置第三电极，使得第三电极垂直于基板平面的尺寸小于第一电极垂直于基板平面的尺寸和第二电极的垂直于基板平面的尺寸，因此第三电极包括相对于第一电极和第二电极的凹陷或向后偏移。

制造根据本发明的第二方面的mems的方法包括提供基板。该方法还包括在基板的腔体中形成第一电极，使得第一电极从基板悬置。该方法包括在基板的腔体中形成第二电极，使得第二电极从基板悬置。该方法包括在基板的腔体中形成位于第一电极和第二电极之间的第三电极。该方法包括：将第一电极、第二电极和第三电极以电绝缘的方式在分立区域处彼此相固定，使得第一电极、第二电极和第三电极响应于第一电极和第三电极之间的电势或响应于第二电极和第三电极之间的电势而在基板平面内沿着移动方向移动，并使得第一电极和第二电极在没有电势的状态下处于机械应力下，使得作为分离固定的结果，第一电极和第二电极远离第三电极移动。

另外的有利实施例是从属权利要求的主题。

附图说明

下面参照附图说明本发明的优选实施例，其中：

图1示出了根据实施例和根据第一方面的mems的示意性截面图；

图2a示出了在电极彼此相固定之前的根据第二方面的示例的mems的示意性俯视图或纵向截面；

图2b示出了图2a的mems处于电极相对于彼此固定在分立区域处的状态；

图2c示出了根据实施例的与图2b相比被修改的mems的示意性俯视图，其中移除了弹簧元件；

图2d示出了根据第二方面的实施例的包括双稳态弹簧的mems的示意性俯视图或纵向截面；

图2e示出了图2d的mems处于电极相对于彼此固定在分立区域处的状态；

图2f示出了根据实施例的可用弹簧悬置的示意图；

图3a示出了根据实施例的包括第一方面和第二方面的特征的mems的示意性截面图；

图3b示出了在分立区域处固定电极期间或在此之后的图3a的mems的示意性截面图；

图4示出了根据实施例的mems转换器的示意侧截面图；

图5a至图5l示出了根据实施例的制造mems结构的制造方法；以及

图6a至图6q示出了根据另一示例的制造mems结构的制造方法。

具体实施方式

在基于附图详细讨论本发明的以下实施例之前，应该注意的是相同的、功能相同的或等同的元件、对象和/或结构在不同附图中设置有相同的附图标记，使得不同实施例中所示的这些元件的描述是可互换的或者可以相互应用。

图1示出了根据实施例和根据第一方面的mems10的示意性侧截面图。mems10包括具有腔体14的基板12。基板可以例如是半导体材料，诸如，硅材料等。备选地或附加地，它可以是由诸如氧化硅、氮化硅等的半导体材料制造的材料。通常，该材料可以由导电或不导电层组成或包括导电或不导电层。优选地，基板12的材料是可以在晶片级上进行处理和/或制造以使得能够在晶片级上制造mems10的材料。实际上，基板12是通过硅晶片的热粘合或通过使用半成品(所谓的bsoi晶片(粘合的绝缘体上硅晶片))来提供的。

mems10包括布置在腔体14中的可移动元件16。例如，可移动构件包括三个电极18a、18b和18c，电极18c布置在电极18a和18b之间，电极在基板平面中并排布置。电极18a、18b和18c可以由掺杂的导电半导体(例如，硅)或导电金属组成。当在电极18a和18c之间施加电压差或电势时，可以在电极18a和18c之间获得静电力，该静电力可以引起例如电极之间的吸引或排斥。可以例如基于电压差来获得吸引力。可以通过将两个电极都保持在相同的电势并相对于另一个(外部)电势建立电压差来获得排斥力。类似地，电极18b和18c之间的电压可能引起这些电极之间的吸引或排斥。可移动构件16被构造为响应于电极18a和18c之间的电势和/或响应于电极18b和18c之间的电势(这意味着基于吸引力或排斥力)在基板平面内沿着正y方向或负y方向执行移动。为此，电极18a相对于电极18c以电绝缘的方式至少固定在一个分立区域21a处。这意味着电极18a和18b至少在一个分立区域21a处彼此机械连接，使得电极之间的吸引力或排斥力被转换为沿正y方向或负y方向的移动，如后面详细描述的那样。以相同的方式，电极18b和18c以电绝缘的方式相对于彼此固定在至少一个分立区域21b处，也就是说，它们被机械地连接。区域21a和21b沿x方向仅覆盖有限的区域。沿z方向，区域21a和/或21b可以覆盖电极18c的子区域或以平面方式覆盖电极18c。分立区域21a和21b可以沿着棒长度(即，在x方向上)是分立的。区域21a和21b可以是将所有三个电极18a至18c彼此机械地和电气地分离的至少一个间隔物。然而，沿z方向的区域21a和/或21b也可以实现在与第一电极18a和第二电极18b相同的高度处，例如，在实现中间电极的凹陷时。

布置在平行电极18a和18b之间且主侧面垂直于基板平面的电极18c沿z方向的尺寸小于电极18a和18b沿z方向的尺寸。z方向也可以称为厚度方向，其中基板平面被y方向和垂直于y方向和z方向的第三空间坐标遍及。因此，电极18a和18b沿z方向的尺寸24包括比电极18c的尺寸26更大的值。优选地，电极18a和18b分别沿从电极18c开始的正z方向和负z方向包括突出物28a和28b，即，它们沿正z方向和负z方向悬于电极18c上。这样允许由电极18c的场线32表示的电场例如相对于基板12与电极18a和18b屏蔽。

尽管示出了电极18a和18b沿z方向具有相同的尺寸24，但是电极18a和18b也可以沿z方向具有不同的尺寸24。尽管示出了电极18a和18b沿z方向具有相同的位置，但是电极18a和18b也可以沿z方向彼此偏移。

根据一个实施例，电极18c的尺寸26与电极18a和18b的尺寸24相比至少小2％、至少小10％、至少小15％或至少小20％。这意味着突出物28a和28b的总和为尺寸24的至少2％、至少10％、至少15％或至少20％。可以基于关于尺寸24的不同实施标准来设置尺寸26。例如，减小的尺寸26可能导致电极之间的较小的吸引力或排斥力，这可以导致可移动元件16的较小的偏转幅度或偏转力。然而，与此同时，与基板12相比，可以获得减小的场效应，相反，由于增大的尺寸26，可以获得电极之间的更强的力，与此同时减小电场的屏蔽。突出或中间电极18c的凹陷28a和/或28b可以包括任何值。它们优选地沿z方向具有膨胀，该膨胀至少是在电极18c与相邻电极18a和/或18b之间沿y方向的距离(间隙宽度)。特别优选的是作为沿y方向的距离的倍数的凹陷，至少是距离的2倍、至少3倍或至少5倍。增大的凹陷支持中间电极18c相对于基板12的增强的屏蔽。

为了保持屏蔽效果，可能有利的是将参考电势施加到电极18a和18b以及基板12，同时将不同电势施加到电极18c。然而，也可以仅将参考电势施加到电极18a和18b，而将不同的电势施加到电极18c和基板12。

与尺寸24相比，电极18c的减小的尺寸26支持相对于例如基板12的周围结构的电场的屏蔽。这样使得可移动元件16和基板12之间的距离很小。可移动元件16与基板12之间沿着z方向的距离34可以影响mems10的流损耗。由于电场的屏蔽，距离34可以是不大于1μm、不大于0.5μm、不大于0.25μm或甚至不大于0.1μm的值。

换句话说，为了减小施加有与参考电势不同的电势的电极18c与周围基板之间的电场，并且避免或减小垂直拉入效应，lned致动器的中间电极18c在顶部和底部分别沿正z方向和负z方向设置有凹陷。此处的术语凹陷是指以如下方式构造电极18c的可能性：电极18c的上侧和下侧均短于电极18a和18b的上侧和下侧。这样，电极18c通过外部电极18a和18b被部分地与基板12强有力地电屏蔽。如果从电极18c到基板形成的电场线很少或没有，则电极18c与周围基板12之间的电场力很小或没有。在这种情况下，与电极18c不包括凹陷(即外部电极不提供突出物)的情况相比，仅在高得多的电压下才产生拉入效应。因此，垂直拉入电压可以大于致动器的正常控制电压，使得在mems10的正常操作期间不发生垂直拉入效应。

图2a示出了mems20的纵向截面的示意图，该纵向截面平行于基板平面，即x/y平面。图2a示出了在电极18a和18b分别与电极18c相固定之前的状态下或在释放这种固定之后的状态下的mems20。在电极18a和18c之间和/或在电极18b和18c之间可以布置间隙42，该间隙例如受工艺参数或工艺的可能性影响。例如，间隙42或间隙42的尺寸可以是沿z方向的膨胀与由此产生的间隙42之间使用的纵横比的结果。间隙42的制造可以例如通过沟槽蚀刻或深反应离子蚀刻(drie)来完成，其中目前可以在技术上安全地实现的纵横比是25至30。将来该比例可能会进一步增加。为了基板12封装的lned致动器14的功能且为了防止垂直拉入，纵横比为400至10000是有意义的，但是，目前常规技术无法实现该比例。例如，在沟槽深度与沟槽宽度的纵横比为25-30，并且电极18a和18b沿z方向的膨胀为700μm的情况下，间隙42的尺寸可以为大约10μm至30μm。例如，在纵横比为25-30，并且电极18a和18b沿z方向的膨胀为400μm的情况下，间隙42的尺寸可以为大约13μm至16μm。实施例可以包括具有至少50、至少100、至少400或甚至更高的值的不同纵横比。与此同时，至少为50的纵横比可以包括10000或更高的上限，至少为100的纵横比可以包含7000或更高的上限和/或至少为400的纵横比可以包含3500或更高的上限。

中间电极18c在分立区域22a至22f中包括突起，而基本上平行于电极18c延伸的电极18a和18b也在相应的点或区域(例如以凹槽的形式)处包括附接区域。突起可以实现为根据图1的区域21，或者可以包括任何其他优选的电绝缘材料。这意味着通过将分立区域22a至22f与电极18a和18b的相应区域接合，可以发生电极18a与电极18c的相固定以及电极18b与电极18c的相固定。例如，图2a示出了例如通过蚀刻工艺从基板12形成电极18a至18c的结构之后的状态。例如在硅晶片基板中的深反应离子蚀刻(drie)工艺适合于此目的。电极18a至18c可以以如下方式形成在基板12的腔体14中：电极18a和电极18b分别经由弹簧元件36a和36b与基板12相连。电极18c可以经由弹簧元件37连接到基板12，该弹簧元件37允许电极18c沿着移动方向y偏转。换句话说，电极18a、18b和18c连接到基板12或从基板12悬置，其中弹簧元件36a可以布置在基板12和电极18a之间，而弹簧元件36b可以布置在基板12和电极18b之间。

例如包括氮化硅(si3n4)、二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)和/或氮化铝(aln)的非导电或电绝缘层38可以布置在基板12的侧壁上和/或在电极18a至18c的侧壁上，至少在固定区域22a至22f中，但也通常在所有表面上，以防止电极之间的电接触或电短路。

图2b示出了在分立区域22a至22f中电极18a相对于电极18c固定并且电极18b相对于电极18c固定的状态下的mems20。由于电极的接近，间隙42可以减小为例如小于5μm、小于3μm或至多1μm的间隙42′。较小的尺寸也是可能的，例如最大为0.8μm或最大为0.2μm。

包括电极18a、18b和18c的可移动元件16被构造为响应于电极18a与电极18c之间和/或电极18b与电极18c之间的电势而在x/y平面内沿着y方向执行移动。为此，可移动元件可以具有多个几何形状之一。例如，可移动元件16或电极18a至18c可以沿x方向具有多个翘棱的行进。备选地或附加地，电极18a至18c例如可以基本上彼此平行地延伸，或者例如以圆顶形的翘棱行进延伸。其他构造也是可能的。通过在分立区域22a至22f中的固定，例如，电极18b和18c之间的吸引力或电极18a和18c之间的排斥力引起可变形元件16沿负y方向的移动。另一方面，电极18b和18c之间的排斥力和/或电极18c和18c之间的吸引力可能引起可移动元件16沿正y方向的运动。也可以实现其他几何形状，即，电极18a、18b和/或18c可以包括不同的行进或形状。备选地或附加地，可以使用不同的布置和/或不同数量的分立区域22a至22f来将电极相对于彼此固定。例如，图2b示出了电极18c的突起基本上平行于电极18c的y方向上升。根据备选实施例，至少一个分立区域22a至22f可以与y方向成一角度布置。根据备选的或附加的实施例，突起也可以布置在电极18a或18b上，而也可以形成为榫舌(tongue)或凹槽的相应装配件布置在电极18c上。装配件可以例如具有燕尾形或其他齿形的形状。

换句话说，当将图2a用作比较时，电极18a和18b沿着电极18c的方向移动。结果，弹簧元件36a和36b至少部分地张紧，即，存在张应力，使得当在分立区域22a至22f中释放固定时，即，当固定被分离时，电极18a和18b远离电极18c移动，例如通过弹簧元件36a和36b松弛和/或收缩，并且至少部分地采用图2a的布置。固定的分离可以是理论操作状态，其不旨在针对mems的实际操作。

弹簧元件36a和36b可以提供机械应力，导致从电极18c移动电极18a和18b。

例如，可以通过产生电吸引力，例如通过对电极18c施加控制电势以及对电极18a和18b施加参考电势，来进行电极18a和18b与电极18c的连接。由于所产生的吸引力，可以使电极18a和18c以及18b和18c分别彼此机械接触，其中可以通过绝缘层38提供电极彼此的电绝缘。为了产生有效的、可能最终的或不可逆的电极机械连接，可以使用一种或几种作用机理。电极18a与电极18c之间和/或电极18b与电极18c之间在分立区域22a至22f处的固定可以通过使用机械闩锁来获得，其中使用例如榫舌和凹槽连接、燕尾榫连接等的机械闩锁几何形状。备选地或附加地，可以使用静电粘附，可以通过随后的薄层沉积进行固定和/或通过诸如范德华力的表面力来获得固定的连接。通过随后的沉积薄层进行固定可以例如以使得电极首先彼此靠近的方式进行，例如通过静电粘附或本文所述的另一种方法，并且在该状态下，沉积一层使得将电极保持在一起的力被引入系统。备选地或附加地，可以通过给绝缘层38充电而将电极保持在一起。例如，绝缘层38可以由于制造而被充电并且用作将电极保持在一起的附加电压源。因此，可以使用静电吸引。备选地或附加地，可以通过例如绝缘层38的热激活来将随后的保护用于维持电极之间的机械连接。在激活期间，可以在两个材料表面之间的界面处，例如，在绝缘层38的一个表面和相邻层之间，获得力。例如，绝缘层38可以由所谓的热sio2组成或包括该热sio2，并且可以在机械互连之后被热激活，使得绝缘层38提供固定。备选地或附加地，也可以例如通过使用固化的聚合物来使用诸如粘合剂的化合物。也可以引入在组装后蒸发或挥发的液体。通过这种干燥工艺，可以获得电极之间的表面力，这也提供了固定。

换句话说，可以通过在电极18a和18c之间和/或在电极18a和18c之间施加电压以及相关的吸引力来使电极更靠近。使电极靠近使得它们在固定区域22a至22f中机械接触并由于表面力而保持暂时或永久附接的程度。备选地或附加地，可以通过施加保留在电极上的合适的电荷来进行接近。备选地或附加地，也可以通过以下项来实现接近：将合适的液体引入间隙42中，然后通过干燥将其蒸发，且由于表面力作用而使电极18a和18c和/或18b和18c朝向彼此移动直到它们由于表面力在固定区域22a至22f中机械接触并保持暂时或永久地粘附为止。在先前描述的电极的接近和机械接触仅暂时发生(即仅在特定时间)的情况下，图2b所示的mems20的电极18a、18b和18c可以通过沉积另一合适的薄层而永久地彼此相固定。薄层可以包括电绝缘材料，诸如氮化硅(si3n4)、二氧化硅(sio2)和/或氧化铝(al2o3)和/或氮化铝(a1n)。

与图2a相比，电极之间的距离减小，从而能够在电极之间产生高静电力。此外，根据图2a中的图示的电极的实施方式使得用于将电极18a、18b和18c整形的工艺的现有限制对电极的膨胀(因此，mems20沿z方向的膨胀)没有或仅有很小的限制作用。这使得mems20能够沿着厚度方向z极大地膨胀，从而可以通过极大的膨胀来减小或避免垂直拉入效应(即，沿着z方向)，最终得到高稳定性的电极。mems20或电极18a和18b垂直于移动方向x的(即，沿厚度方向z的)横向尺寸可以大于150μm、大于400μm、大于600μm或至少700μm。

换句话说，可以规定一般条件，根据该条件，要制造700μm的器件层，即，电极18a和18b的尺寸以及可能还有电极18c沿z方向的尺寸为至少700μm。此外，drie也可以用于蚀刻ned间隙，即，当前技术上可行的25至30的纵横比仍将用于深蚀刻。例如，这可以通过蚀刻宽度为大约25μm且深度为大约700μm的lned间隙，然后在设备的电气测试阶段(即在图2a和图2b之间)将其减小到1μm或更小来实现。换句话说，提供间隙，随后通过将电极放在一起而减小间隙，并且电极彼此牢固地连接。

这种至少400μm、至少600μm或至少700μm的厚器件层是有利的。通过电极层的后续接近，可以克服基于可能阻碍这种实现的纵横比的技术限制。例如，在电极之间要保持的距离是限制因素，该距离是用通常的纵横比和上述厚度很难或不可能实现的。但是，致动器的效率可能至少受到电极之间的距离(也称为lned间隙或电极间距)的影响。间隙越小，致动器的静电力就越大；lned致动器在大弯矩和大挠度方面的效率可能更高；可以使用的控制电压越小；当lned致动器用作扬声器时可达到的声压级越大；和/或产生相当的声功率压力所需的芯片面积越小，这可能对器件价格产生有利影响。可以使用drie蚀刻来制造lned间隙。由于drie高度依赖于沟槽纵横比(沟槽深度与沟槽宽度的纵横比)，并且由于纵横比大于30会引起蚀刻稳定性的问题，因此这种纵横比可以用于制造本文所述的实施例，例如，通过制造75μm的器件层并形成宽度为3μm或更小的间隙，从而导致drie蚀刻的纵横比为25，该纵横比可以任意调节。所描述的方法还可以用于获得具有700μm(或更大)的层厚度的致动器，其中ned间隙仅为200nm(或更小)。这可能会导致3500或更高的后续纵横比，该纵横比难以或不可能用drie蚀刻实现。实施例可以提供具有高达3500、高达7000或甚至高达10000的值的不同纵横比。

根据第一方面，通过使电极18c沿z方向小于周围的电极18a和18b，从而减小或防止了拉入效应。根据第二方面，还通过沿z方向获得大尺寸而获得增加的稳定性，以减小或避免垂直拉入效应。第一方面和第二方面以及在其上下文中描述的有利实施例可以彼此独立地提供，但是也可以根据需要彼此组合，这意味着mems20也可以根据结合mems10的实施方案而实现有不同尺寸的电极。备选地或附加地，图1中的mems10的电极18a和18b的尺寸可以是400μm或更大。为此目的，电极18a可以经由处于拉伸应力下的弹簧元件(例如弹簧元件36a)与基板12相连。备选地或附加地，电极18b可以经由处于拉伸应力(即，张紧)下的弹簧元件(例如弹簧元件36b)与基板12相连。，也可以在没有其他方面的情况下彼此独立地实现根据第一方面的实现方式和根据第二方面的实现方式。

图2c示出了与mems20相比移除了弹簧元件36a的改进的mems20′的示意性俯视图。备选地或附加地，弹簧元件36b或37之一也可以被移除，弹簧元件中的至少一个被保留以便相对于基板12支撑可移动元件。可以在获得固定之后，例如，当要针对例如设计为发出低频可听声音的扬声器制造具有低固有频率的mems时，执行移除弹簧元件36a和/或36b和/或37中的一个或若干个。这意味着尽管将mems20描述为要制造的产品，但是可以将其进一步加工然后视为中间产品。尽管去除了弹簧元件，但是仍然保持了mems的纵横比和/或电极相对于彼此的附接。可以理解的是当有意地移除弹簧元件36a、36b或37时，弹簧元件36a、36b或37可以被形成为可挠曲的弹簧，但这不是必需的，特别是对于弹簧元件37而言。这意味着要被去除的结构可以形成为牺牲结构，该牺牲结构在固定(弹簧37)期间保持不动，可以被偏转，或者在必要时可以断裂。考虑到随后的去除，损坏可以忽略不计。

mems20′可以被描述为包括具有腔体14的基板12的mems。布置在腔体14中的可移动元件16包括第一电极18a、第二电极18b和第三电极18c，第三电极18c布置在第一电极18a和第二电极18b之间，第三电极以电绝缘的方式在分立区域22a-f处与第一电极18a和第二电极18b相固定。可移动构件16被构造成响应于第一电极18a和第三电极18c之间的电势和/或响应于第二电极18b和第三电极18c之间的电势而在基板平面x/y内沿着移动方向y移动。这样，可以以与mems20相同的方式形成mems20′。第一电极18a和第二电极18b可以在分立区域处通过功能层38′与第三电极18c分开，并且可以以机械固定的方式彼此连接。功能层38′可以包括至少一个材料层，例如，共形沉积的薄层，并提供电极18a和18c以及电极18b和18c彼此电绝缘的功能。另外，功能层38′提供机械连接或粘合的功能。电极18a、18b和/或18c中的至少一个经由弹簧元件(如针对弹簧元件36b和37所示)连接到基板12。电极18a、18b和/或18c中的至少一个经由相邻电极仅间接地连接到基板12。这意味着，例如，电极18a在分立区域22b、22d和22f处以机械固定的方式与电极18c相连，并由电极18c相对于基板12被支撑。

相对于基板仅间接地被支撑的电极18a、18b和/或18c可以在将该电极固定至相对于基板直接地被支撑或间接地被支撑的另一电极之后，与弹簧元件分离。

备选地，可以移除一个或若干个其他弹簧元件。优选地，例如通过去除中间弹簧(例如弹簧37)并保持外部弹簧或反之亦然来获得对称性。

mems37的弹簧元件36a、36b和37还用作到电极18a、18b和18c的电气路径。如果移除这种弹簧，则可以通过其余弹簧来获得路径，该路径可能与被经过的电极电绝缘。例如，与电极18c电绝缘的路径可以经由电极18c从基板12引向电极18a。备选地，可以实现基板与电极18a之间的无线能量传输或滑动接触。可以例如通过分立区域22b、22d和/或22f引导电极18a、18b和/或18c与沿着18c的且与18c从下方绝缘的金属路径的电接触。金属化或沉积和结构化可以在将电极18a-c放在一起之后进行，但是也可以在任何其他时间布置金属化。

不限于此，与其他实施例一样，该实施例允许第一电极18a和/或第二电极18b相对于第三电极18c之间的距离与第一电极18a沿着垂直于移动方向y的方向z的尺寸的纵横比大于100。移除一个或若干个弹簧元件的方面可以与本文描述的任何其他实施方式组合。

图2d示出了mems20″的纵向截面的示意图，其中该纵向截面平行于基板平面。与来自图2a的mems20相比，mems20′’可以包括例如形成为弯曲弹簧或弯曲梁的弹簧元件36′a至36′d。每个弹簧元件36′a至36′d可以分别布置在电极18a和电极18b的远端和近端，其中近端可以布置于例如邻近于电极18c的夹具。应该理解的是，这些相对位置构思可以不受限制地彼此互换，而不限制结合本文描述的实施例说明的教义。作为弹簧元件布置在远端和近端的备选，也可以在mems20″的多个单元的每个单元中进行布置，其中每个单元被形成为梁。单元描述在电极进行机械接触的两个点或区域22a-22c之间的条形部分。

图2e示出了mems20”的纵向截面的示意图，电极18a至18c在其中相对于彼此靠近。为了接近和/或保持固定，可以执行如结合图2a和图2b所解释的相同或至少相当的步骤。例如，弹簧元件36′a至36′d可以被构造为双稳态弹簧，以将力保持在将电极18a从18c拉开或推开的最小程度。不同的形状也是可能的，例如，单稳态弹簧或具有更多稳定状态的铝(al)弹簧。与其中弹簧元件36a和36b被描述为处于拉伸应力下的mems20相反，可以对mems20″进行修改，使得弹簧元件36′a至36′d处于通过将弹簧元件36′a和36′b梁弯而获得的机械应力下。这也可以被理解为是指，作为处于张力下的弹簧的备选或附加，还可以设置相对于电极18c保持或定位电极18a和/或18b的多稳态结构。

如结合mems20′所描述的，弹簧36′a-d或37中的至少一个可以被移除。

换句话说，也可以使用双稳态弹簧将电极放在一起并随后固定。机械双稳态几何形状也存在于mems范围内，其例如通过经由静电场的移动而在被激活时可呈现第二偏转状态，在去除激活力后(例如，在移除静电场之后)保持该第二偏转状态。这样的效果也可以被描述为点击效果(clickereffect)，或者在发夹的领域中是已知的。弹簧36′a至36′d可以沿x方向布置，并且它们的几何形状(例如，以s形弯曲设计制造的)可以使得在将电极放在一起之后它们保持在第二稳定位置，例如，处于镜像的s位置，因此，永久性地减小间隙距离42。为此目的，弹簧元件36′a和36′b或36′c和36′d可以分别布置在梁的两侧，以获得在两侧被夹持的梁。

图2f示出了可以用于mems20、20′和/或20″的弹簧悬架的示意图。三个电极18a至18c由drie蚀刻的沟槽隔开，并且示出为处于在将电极放在一起之前的状态下。表示为波浪形结构的两个弹簧在将电极放在一起期间可能会弯曲，也可能会略微改变其长度。这允许拉伸应力和压缩应力都被施加到弯曲弹簧上。在图2f中，深色区域代表诸如硅的材料，而浅色区域代表沟槽结构。区域39a和/或区域39b和/或区域39c可以用作用于接触mems的接触表面，例如，用于接触电极18a至18c。由于它们的弯曲结构，电极18a和18b本身可以用作弹簧，当在电极18a至18c彼此靠近的情况下施加电压时，它们会弹性地屈服。电极18c可以是相对刚性的或不动的，即以固定的方式形成，这意味着电极18a和18b可以朝向电极18c移动。

图3a示出了mems30的示意性截面图，该mems30包括电极18a、18b和18c，该电极18a、18b和18c沿z方向不同地延伸(如结合mems10所描述地)，并且包括针对结合图2a的mems20所描述的状态。这意味着间隙42布置在电极18a和电极18c之间。此外，在电极18b与电极18c之间布置有间隙42。

图3b示出了在电极18a、18b和18c在分立区域22a和22b处固定的过程中或在此之后的mems30的示意性截面图。例如，电极18c相对于电极18a和18b被充电具有一电势，使得在电极18a和18c之间存在电压u1，并且在电极18c和电极18b之间存在电势u2。电势u1和u2可以具有相同的值。例如，施加到电极18c的电压可以大于控制电压。例如，以后可以用从0到10v的电压驱动mems。可以用于固定的电压u1和/或u2可以具有约为100v的值。在将它们放在一起之前，电极18a、18b和18c被非导电层38覆盖。

换句话说，在将电极放在一起之前，电极被非导电层覆盖。备选地，也可以仅在将要进行电极的机械连接的那些点上(例如，在锁定几何形状处)进行覆盖。备选地，绝缘层也可以布置在其他附加点处。

图4示出了根据示例的mems转换器40的示意侧截面图。例如，mems转换器40可以是声音转换器，诸如扬声器或麦克风。尽管下面将mems转换器40描述为mems扬声器，但是当检测(即，测量)到所施加的电压时，也可以将其操作转移到mems麦克风，而不是在扬声器的情况下施加电压以获得可移动元件16的移动。例如，mems扬声器40可以包括mems10、20和/或30。代替声音转换器，mems转换器40还可以形成泵、阀、定量给料系统、加速度传感器、转速传感器、微定位系统、微稳定器，例如，用于图像传感器和/或微动开关(例如用于高频或高压应用)。

分立区域22a和22b以及连接元件的相应实施方式可以倾斜地布置在空间中，即，在基板平面内倾斜，使得在所示的横截面平面中，仅示出分别连接电极18a和18c或电极18b和18c的连接元件的部分。基板12可以包括多个层12a、12b和12c。例如，层12a可以被称为盖晶片，层12b可以被称为器件层，并且层12c可以被称为处理晶片。在层12a和层12b之间可以布置例如包括sio2等的绝缘层或蚀刻停止层。层44a可以具有例如1μm的厚度。在层12b和层12c之间可以布置类似的层，例如，也包括sio2且还具有大约1μm的层厚度。根据另外的实施例，这些层还可以具有不同的层厚度。如箭头46a和46b所示，可移动元件16在基板平面x/y内的移动可以引起围绕可移动元件的流体沿着箭头46a和/或46b的箭头方向的移动，使得可以沿着正厚度方向和负厚度方向发出流体压力。通过关闭开口之一，流体流也可以具有优选方向。mems转换器40还可以通过布置被动阀来用作mems泵，该被动阀像止回阀一样减少或防止流体沿一个方向流动。根据另一实施方式，mems转换器40还可以用作阀、定量给料系统、加速度传感器、转速传感器、微定位系统、微稳定器(例如，用于图像传感器)、微动开关(例如，用于高频或高压应用)。

换句话说，当在电极18a/18b和18c之间施加控制电压u时，lned致动器40在x/y平面内横向移动。当向lned致动器施加电压时，层12a、12b和12c也可能与一电势接触，例如接地，以确保或实现lned致动器的可再现运动。在正常操作中，以下所示的电气控制电压的分配可以是有用的或必要的。电极18a和18b可以接地，即，连接到0v。这可以适用于层12a、12b和12c。可以向电极18c施加控制电压，例如用作mems扬声器的模拟音频信号或用作mems泵的对应信号。

基于图5a至图5l，下面描述根据实施例的用于制造mems结构的制造过程。

图5a示出了提供包括层12b和层12c的基板，层12b和层12c由层44b分开。随后限定了电极间隙(例如仍需减小的电极之间的间隙)的沟槽48a和48b可以插入层12b中。例如，这可以通过drie蚀刻层44b来完成，蚀刻边界(停止)在框上。

图5b示出了用例如sio2的绝缘材料填充沟槽48a和48b，其中层12b背离层12c的主侧面也可以被sio2覆盖。

图5c示出了层堆叠的示意图，其中蚀刻了沟槽48c，例如，凹陷式rc沟槽蚀刻。为了限定突出部28b，可以执行沟槽48c的蚀刻，使得不到达层44b，也就是说，在多次或多个工艺循环之后，层12b没有被完全穿透并且drie蚀刻停止。

图5d示出了层的堆叠的示意图，其中绝缘或抑制基板12b或12c的蚀刻工艺的层52(例如，sio2层或其他电绝缘层)已经沉积在例如沟槽48c中。

图5e示出了层堆叠的示意图，其中先前沉积的层52从沟槽48c的底部被去除，例如通过rc沟槽底部的sio2蚀刻。

图5f示出了层堆叠的示意性侧截面图，其中在从沟槽的底部去除层52之后进行各向同性si蚀刻，从而在沟槽48a和48b之间去除层12b。各向同性蚀刻工艺允许由具有减小的膨胀的其余材料产生凹陷28b或突出部28b。腔体54可以保留在层12b的其余材料和层12c和/或44b之间。

图5g示出了堆叠的示意性侧截面图，其中，rc沟槽48c填充有诸如sio2的蚀刻停止材料。这可以以这样的方式完成：面对层12c的表面被层52覆盖，该表面具有被腔体54暴露的层12b的宽度。

图5h示出了堆叠的示意性侧截面图，其中在沟槽48a和48b之间的区域中以及在覆盖腔体54的区域中去除层52的材料。另外，可以部分地回蚀层12b以产生上突出部28a。显而易见的是，由于突出部28a和28b的交错产生，它们也可以具有不同的尺寸。

图5i示出了堆叠的示意性侧截面图，其中，在图5h中暴露的区域和回蚀层12b的体积被层52的材料填充，即，堆叠被例如sio2填充。

图5j示出了堆叠的示意性侧截面图，其中在沟槽48a和48b外部的横向区域中蚀刻开放沟槽56a和56b。开放沟槽56a和/或56b可以是限定气室和/或泵室的开口。

图5k示出了层堆叠的示意性侧截面图，其中暴露了元件18′a，18′b和18′c，其随后将形成电极18a、18b和18c。这意味着例如使用lned束的氢氟酸气相蚀刻来进行还原蚀刻。一旦接触元件18′a、18′b和/或18′c，它们就可以用作电极。

图5l示出了堆叠的示意性侧截面图，其中通过附接层12a来封闭腔体14，其中层12a、层12b和/或层12c可以具有可选的开口38以允许流体流入或流出腔体14。在由此获得的mems50中，可移动元件包括两个电极18c-1和18c-2，这两个电极可以与电极18a和18b具有电势差。电极18c-1和18c-2可以被构造为总是包括相同的电势，例如，通过彼此电连接。备选地或附加地，电极18c-1和18c-2可以是整体连接的元件，在它们之间布置例如沟槽或孔结构，例如以允许底层蚀刻。两个电极在外部电极18a和18b之间的这种布置可以允许可移动元件在基板平面内沿着任何方向单独偏转。代替电极18c-1和18c-2，也可以仅布置电极18c，或者可以布置不同数量的电极，例如，超过2个、超过3个或超过4个。

如所描述的，制造mems的方法因此包括提供根据第一方面的基板，例如mems10。在此，可以按照在其他过程中产生腔体的方式或者按照已经产生腔体的方式提供基板。可以稍后在一些元件形成并暴露在基板中时，产生腔体。可移动构件布置在腔体14中，该可移动构件包括第一电极(例如电极18a)、第二电极(例如电极18b)和第三电极(例如电极18c)，第三电极布置在第一电极和第二电极之间。如结合mems10所述，第三电极以电绝缘的方式在分立区域处与第一电极和第二电极相固定。布置第一电极、第二电极和第三电极，使得可移动构件响应于第一电极和第三电极之间的电势或响应于第二电极和第三电极之间的电势而在基板平面(即，x/y平面)内沿着移动方向移动。布置第三电极，使得第三电极垂直于基板平面(即，沿着z方向)的尺寸小于第一电极18a垂直于基板平面的尺寸和第二电极18b垂直于基板平面的尺寸。

可以以如下方式执行将第一电极、第二电极与第三电极相固定：第一电极和第二电极在没有电势的状态下处于机械张力下，使得作为分离固定的结果，第一电极和第二电极远离第三电极移动。

根据第二方面的制造mems的方法包括提供基板。此外，在基板的腔体中形成第一电极，使得第一电极从基板悬置。此外，在基板的腔体中形成第二电极，使得第二电极从基板悬置。此外，在基板的腔体中在第一电极和第二电极之间形成第三电极。该方法包括：将第一电极、第二电极和第三电极以电绝缘的方式在分立区域处彼此相固定，使得第一电极、第二电极和第三电极响应于第一电极和第三电极之间的电势或第二电极和第一电极之间的电势而在基板平面内沿着移动方向移动，并使得第一电极和第二电极在没有电势的状态下处于机械张力下，使得作为分离固定的结果，第一电极和第二电极远离第三电极移动。

应当注意的是，在图5a至图5l的上下文中描述的中间产品可以满足第一方面的要求，且备选地或附加地，可以满足第二方面的要求。这意味着可以省去突出部28a和/或28b和/或可以从基板层12b形成电极18a和18b，使得形成结合图2a和图2b所说明的弹簧元件。

实施例涉及基于lned的器件，其中在中心电极的底侧和顶侧形成凹陷，而外部电极用作电屏蔽功能。其他实施例涉及具有这种mems的扬声器和/或微型泵。实施例还涉及基于lned的组件，其包括具有一纵横比的lned间隙，由于随后将电极放在一起，该lned间隙的纵横比将大于30。例如，纵横比的值可以在至少50、至少100、至少200、至少400或甚至更高的范围内。与此同时，至少为50的纵横比可以包括10000或更高的上限，至少为100或至少为200的纵横比可以包括7000或更高的上限和/或至少为400的纵横比可以包括3500或更高的上限。这意味着图3b中的mems的膨胀24比间隙42′的尺寸大纵横比倍。

根据本文描述的实施例的lned致动器可以用于基于mems的加速度传感器、陀螺仪和角速度传感器，并且通常用于其中微组件将在基板平面中机械移动并被盖基板和底基板封装的所有mems。

基于图6a至图6q，下面描述了另一种制造方法，例如，可以制造mems20。

图6a示出了包括层12c和12b的层堆叠或晶片键合的示意性侧截面图。层12b可以至少部分地但也可以完全被层44b覆盖，使得层12b和12c通过层44b彼此分离并在必要时彼此电绝缘。

图6b示出了图6a的层堆叠的示意性俯视图。

图6c示出了可以例如由根据图6a的层堆叠获得的层堆叠的示意性俯视图，并且其中层12c也被层44b的材料覆盖。在背离层12b的一侧上，该外壳可以具有开口58。

图6d示出了图6c的层堆叠的示意性俯视图。

图6e示出了可以由根据图6c的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧截面图，例如通过将沟槽48a至48d蚀刻到层12b中来形成。沟槽的深度例如可以为725μm。

图6f示出了图6e的层堆叠的示意性俯视图。沟槽48a至48d可以形成电极18a至18c的结构。沟槽48a至48d中的一些或全部可以彼此流体连接并形成公共沟槽。

图6g示出了可以由根据图6e的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧截面图，例如通过在沟槽48a至48d的壁上沉积层44来形成。这可以通过在晶片的正面上对未掺杂的硅玻璃(usg)进行等离子体增强(pe)沉积来实现。

图6h示出了图6g的层堆叠的示意性俯视图。

图6i示出了可以由根据图6g的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧截面图，例如通过开口58部分地去除层12c以形成沟槽48e来形成。尽管在图6c中已经示出了开口58，但是它也可以在稍后产生。可以形成沟槽直到例如包括sio2的层44。

图6j示出了图6i的层堆叠的示意性俯视图，其中该视图对应于图6h。

图6k示出了可以由根据图6i的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧截面图，例如通过部分地去除层44，使得电极18a至18c被暴露并且该层堆叠在外周表面上至少部分地没有或完全没有层44，但是层44仍布置在层12b和12c之间。可以发生可移动元件的释放，即，暴露。

图6l示出了图6k的层堆叠的示意性俯视图，其根据图2a的mems20的状态示出了电极18a至18c的距离。

图6m示出了可以由根据图6k的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧视图，例如通过使电极18a至18c朝向彼此移动并固定它们来形成。固定可以通过布置层38来完成。备选地，也可以在不同的时间(例如，更早)布置层38，并且可以通过本文所述的另一种构思来保持固定。例如，可以使用原子层沉积(ald)工艺来布置层38。备选地或附加地，层38也可以布置为喷漆。

图6n示出了图6m的层堆叠的示意性俯视图，示出了处于根据图2b的状态的mems20。

图6o示出了可以由根据图6m的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧视截面图。层12b可以涂覆有例如层38的绝缘层，其中可以形成切口62以允许穿过层38接触层12b。

图6p示出了图6o的层堆叠的示意性俯视图。

图6q示出了可以由根据图6o的层堆叠形成的层堆叠的示意性侧截面图，例如通过布置层12a来形成。晶片键合可以用于此目的。由于绝缘层52，层12a可以在堆叠上放置在距层12b一定距离处，并且可以包括开口64a和/或64b，开口64a和/或64b允许与下层12b接触(参见开口64a)，和/或允许mems与周围环境流体接触(参见开口64b)。可以执行其他步骤以完全或部分地沉积或去除层。

即使已在设备的上下文中描述了一些方面，应当理解：所述方面还表示了对对应方法的描述，使得设备的块或结构部件还被理解为对应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文内描述或被描述为方法步骤的方面也表示对相应设备的相应块或细节或特征的描述。

上述实施例仅是本发明的原理的说明。不言而喻的是本领域的其他技术人员将理解本文描述的布置和细节的修改和变形。因此，本发明旨在仅由以下所附专利权利要求的保护范围来限制而不受描述和解释本文的实施例时给出的具体细节限制。