專利名稱：微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件和用于制造微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件、尤其是開(kāi)關(guān)以及一種用于微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的相應(yīng)制造方法。
背景技術(shù)：
盡管可應(yīng)用在任意的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件上，但是本發(fā)明及其所基于的背景技術(shù)在硅技術(shù)中的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件方面解釋。由DE 19919030A1已知用于測(cè)定微結(jié)構(gòu)的材料數(shù)據(jù)的方法和裝置。在此，該裝置包括襯底并且設(shè)有至少一個(gè)單側(cè)地與襯底錨固的、與襯底至少區(qū)域式地間隔開(kāi)的并且由要研究的材料組成的彎曲元件。在此，彎曲元件的長(zhǎng)度小于2mm。此外，設(shè)有一些器件，通過(guò)這些器件能使彎曲元件從其原始位置運(yùn)動(dòng)。由DE 198 04 326 Al公知一種傳感器，尤其是用于測(cè)量介質(zhì)的粘度和密度。在此， 該傳感器包括一彎曲舌和一壓電振蕩器。通過(guò)該壓電振蕩器的激勵(lì)，彎曲舌可被激勵(lì)在測(cè)量介質(zhì)中作振蕩。在此，彎曲舌的振蕩頻率和阻尼取決于測(cè)量介質(zhì)的密度或者粘度。由 TO 02/02458,DE 10 2004 036032 Al 和 DE 10 2004 036035 Al 公知一種利用壓電電阻的換能器原理的壓力傳感器和用于制造該壓力傳感器的方法。該制造方法被總結(jié)成“高級(jí)多孔硅薄膜”，簡(jiǎn)稱APSM。此外，由另一參考文件公知一種用于施加微機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造方法。在此，一薄的光吸收層被施加在襯底的背面上并且通過(guò)一透明層保護(hù)。通過(guò)使短激光脈沖射入到透明層上，光吸收層的材料在激光脈沖的入射面的區(qū)域中爆發(fā)式地蒸發(fā)。由此產(chǎn)生聲震波，該聲震波穿過(guò)襯底。如果襯底被結(jié)構(gòu)化，那么因此可以有目的地破壞襯底中的結(jié)構(gòu)。在蒸發(fā)材料的部位上產(chǎn)生留空，該留空設(shè)置在襯底和透明層之間。

發(fā)明內(nèi)容
在權(quán)利要求1中限定的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件以及在權(quán)利要求8中限定的用于制造微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的方法具有優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò)兩個(gè)接觸面的直接接觸可實(shí)現(xiàn)低歐姆的接觸。最終一方面可非常成本有利地制造該微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，另一方面它極其小并且可安裝在芯片上。 由此，該微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件同樣可以簡(jiǎn)單的方式在承載芯片上地嵌入到集成電路中。根據(jù)一種優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型，接觸面基本上完全電流地(galvanisch)分離。在此優(yōu)點(diǎn)在于，微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件也可以在需要完全電流地分離的應(yīng)用中、例如在測(cè)量設(shè)備的電壓供電中用于電勢(shì)分離等。根據(jù)一種優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型，這些接觸面分別包括至少一個(gè)金屬層。在此優(yōu)點(diǎn)在于， 當(dāng)這些接觸面通過(guò)致動(dòng)器相互接觸時(shí)，通過(guò)金屬導(dǎo)體的直接接觸能夠?qū)崿F(xiàn)非常低歐姆的接觸。如果金屬層尤其是包括金、鉬、銀、鈀、鎢、銅和/或鉻或類似物，則優(yōu)點(diǎn)在于，這些金屬層一方面可被簡(jiǎn)單地施加，另一方面具有良好的導(dǎo)電性。在襯底和金屬層之間可設(shè)置一氧化層。在此優(yōu)點(diǎn)是，能夠以簡(jiǎn)單且成本有利的方式借助已知的方法例如PECVD將氧化層施加在襯底上。該氧化層確保金屬層與襯底充分地絕緣。根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型，致動(dòng)器包括至少兩個(gè)電極，在它們之間尤其設(shè)置一壓電層。在此優(yōu)點(diǎn)是，由此實(shí)現(xiàn)微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的小的結(jié)構(gòu)形狀和短的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間。該致動(dòng)器除了包括壓電器件外也可以包括靜電的、感應(yīng)的和/或熱學(xué)的器件。在此優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)元件由此可應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域中或者可適配于不同的要求。如果例如致動(dòng)器被有源地驅(qū)動(dòng)， 也就是說(shuō)致動(dòng)器將兩個(gè)接觸面擠壓到一起，則這可通過(guò)在致動(dòng)器上施加相應(yīng)的電壓實(shí)現(xiàn)， 相反，在結(jié)構(gòu)元件的無(wú)源運(yùn)行中，致動(dòng)器例如可被熱學(xué)器件間接地操控，其方式是致動(dòng)器因?yàn)闊崃慷冃尾⑶乙虼藘蓚€(gè)接觸面彼此相對(duì)地?cái)D壓或者相互遠(yuǎn)離。根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型，在與襯底尤其是一體地連接的梁和襯底之間設(shè)有留空。在此優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)崿F(xiàn)微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的簡(jiǎn)單地、成本有利的制造。根據(jù)另一種優(yōu)選的擴(kuò)展構(gòu)型，致動(dòng)器設(shè)置在微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的、尤其梁的外側(cè)上。 在此優(yōu)點(diǎn)是，確保了致動(dòng)器的良好的可接近性，以便將致動(dòng)器例如與電流源或者電壓源連接，另一方面該致動(dòng)器可特別簡(jiǎn)單地設(shè)置在外側(cè)上。根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型，致動(dòng)器設(shè)置在留空的區(qū)域中，尤其是在梁的區(qū)域中。在此優(yōu)點(diǎn)是，致動(dòng)器由此以盡可能直接的方式使接觸面相互接觸。如果致動(dòng)器尤其設(shè)置在梁的區(qū)域中，那么除了此外改善兩個(gè)接觸面的操縱外也實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器的簡(jiǎn)單可接近性。根據(jù)方法的優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型，留空的制造包括以下步驟制造至少一個(gè)空腔、尤其是器件APSM，以及部分地打開(kāi)制成的空腔以形成留空。在此優(yōu)點(diǎn)是，由此能夠可靠地產(chǎn)生或者制造結(jié)構(gòu)元件的非常小的空腔和非常小的結(jié)構(gòu)。在此，空腔的打開(kāi)可包括蝕刻步驟。在此優(yōu)點(diǎn)是，在蝕刻時(shí)形成平的側(cè)沿，在這些側(cè)沿上能夠更好地施加稍后要沉積的層、尤其是噴鍍的層。為了能夠?qū)崿F(xiàn)金屬層與襯底的可靠絕緣，可以在施加金屬層之前將氧化層施加在襯底的表面上。為了特別簡(jiǎn)單且成本有利地將接觸層施加到金屬層上，該接觸層可以借助電鍍施加在尤其結(jié)構(gòu)化的金屬層上。根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型，制成兩個(gè)空腔并且通過(guò)尤其激光層裂制造留空和空腔之間的連接結(jié)構(gòu)。在此優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)制造留空和空腔之間的連接結(jié)構(gòu)以簡(jiǎn)單的方式將接觸層尤其電流地分離成至少兩個(gè)部分。根據(jù)另一種優(yōu)選擴(kuò)展構(gòu)型，在襯底的表面上施加至少一個(gè)激光吸收層，其中，尤其與留空的區(qū)域間隔地設(shè)置該吸收層。在此優(yōu)點(diǎn)是，由此留空的區(qū)域不必暫時(shí)地設(shè)置附加的層。由此降低用于制造微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的耗費(fèi)和成本。如果激光層裂被用于至少部分地、間接地破壞襯底的結(jié)構(gòu)，那么在此優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)的破壞被簡(jiǎn)化，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)通常僅非常難直接接近。同時(shí)由此降低損害留空區(qū)域的概率。


本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在下面的描述中被詳細(xì)地解釋。附圖示出圖1，2示意性以橫截面示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件；圖3a，b在操控致動(dòng)器時(shí)根據(jù)第一實(shí)施方式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件；圖如-e以俯視圖示出用于制造根據(jù)具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的第一實(shí)施方式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的步驟；圖fe-f以橫截面或者俯視圖示出用于制造根據(jù)具有微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的第二實(shí)施方式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的步驟。
具體實(shí)施例方式在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的或者功能相同的元件。圖1和圖2示意性地以橫截面示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施形式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件。在圖1中，附圖標(biāo)記1表示呈開(kāi)關(guān)形式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件。在此，該開(kāi)關(guān)包括襯底 2。襯底的一個(gè)部分構(gòu)造為矩形的梁加，該梁與襯底2—體地連接。在梁加和襯底2之間設(shè)有一空腔8以及一留空7。同樣設(shè)有一致動(dòng)器(參見(jiàn)圖幻。在此，梁加的不與襯底2 — 體地連接的端部以及襯底2本身在其相應(yīng)的外側(cè)上從內(nèi)向外地包括用于電絕緣的氧化層 9、用于更容易施加金屬層10的焊盤層6以及金屬層10、10’。設(shè)置在梁加上的、與襯底加的金屬層10相鄰并借助留空7與之隔開(kāi)地設(shè)置的金屬層10’通過(guò)在襯底2和梁加之間的、借助激光層裂L被破壞的連接元件25在形成縫隙11的情況下被電流地分成兩個(gè)部分。 如果現(xiàn)在向下擠壓梁加的在圖1中左邊的端部，則金屬層10、10’的兩個(gè)金屬接觸面10a、 IOb在留空7的區(qū)域中相對(duì)彼此擠壓以至實(shí)現(xiàn)電接觸，其中一個(gè)接觸面設(shè)置在襯底2上，另一個(gè)接觸面設(shè)置在梁加上。如果不再向下擠壓梁加或者梁根據(jù)圖1向上彎曲或者運(yùn)動(dòng)回到靜止位置中，則接觸面10a、IOb不再相互貼靠，也就是說(shuō)在梁加和襯底2的金屬層10、 10’之間不再存在導(dǎo)電連接。為了借助APSM制造空腔8，在空腔8中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置另外的邊界層12。圖2在此基本上示意性地以橫截面示出在制造縫隙11時(shí)并帶有致動(dòng)器20的根據(jù)圖1的裝置的簡(jiǎn)化視圖。在根據(jù)圖2的襯底2的底側(cè)上設(shè)有吸收層17并且在吸收層上設(shè)有透明層18。如果現(xiàn)在激光束L首先射在透明層18上，那么激光束穿過(guò)透明層18。如果激光束L接下來(lái)射在吸收層17上，那么吸收層17的設(shè)置在激光束L的區(qū)域中的材料爆發(fā)式地蒸發(fā)并且產(chǎn)生聲震波S，該聲震波穿過(guò)襯底2。如果該聲震波然后碰到在襯底2的留空7和空腔8之間的區(qū)域上，更確切地說(shuō)碰到連接元件25上，那么震波S破壞連接元件25并且產(chǎn)生縫隙11，該縫隙由此將金屬層10、10’分成兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分相互電絕緣并且電流地分離。圖3a、b示出在操縱致動(dòng)器時(shí)根據(jù)第一實(shí)施形式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件。在梁加的外側(cè)上，也就是說(shuō)在背離留空7的一側(cè)上，根據(jù)圖3a、!3b設(shè)有一致動(dòng)器 20，該致動(dòng)器包括兩個(gè)電極1 和14b。在電極14a、14b之間設(shè)有一壓電層15。這兩個(gè)電極14a、14b設(shè)有接線端16，電壓U可施加在這些接線端上。如果現(xiàn)在將電壓U施加在接線端16之間，那么梁加與其接觸面IOa —起通過(guò)在圖3a中呈壓電元件14a、14b、15形式的致動(dòng)器20被向下擠壓直至兩個(gè)接觸面10a、10b至少部分地相互貼靠。以這種方式建立接觸面10a、10b之間的導(dǎo)電連接。如果將相應(yīng)的電壓-U施加到致動(dòng)器20的接線端16上，那么根據(jù)圖北梁加被致動(dòng)器20向上運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)接觸面10a、10b又相互遠(yuǎn)離；因此在襯底2 和梁加的接觸面10a、10b之間不再存在導(dǎo)電連接。圖如-e以微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的俯視圖示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施形式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的步驟。
在圖如中首先借助APSM方法在襯底2中制造兩個(gè)空腔8a、8b，這些空腔通過(guò)連接元件25相互分離。接下來(lái)根據(jù)圖4b施加呈第一電極14a、壓電層15以及第二電極14b 形式的致動(dòng)器20并且配設(shè)接線端16。借助開(kāi)溝道技術(shù)露出在梁加區(qū)域中的一個(gè)部分21 并且隨后在襯底2和梁加上施加氧化層9。根據(jù)圖如在另一步驟中焊盤層和/或呈金屬層6形式的帶狀導(dǎo)線被施加到襯底2以及梁加上并且配設(shè)或者結(jié)構(gòu)化出接線端22。在根據(jù)圖4d的下一步驟中，借助電鍍將接觸層10、尤其是金層施加到金屬層6上。在此，接觸層10僅在施加了金屬層6的位置上生長(zhǎng)，尤其是也在襯底2或者梁加的對(duì)留空7限界的側(cè)面上生長(zhǎng)。根據(jù)圖4e現(xiàn)在借助開(kāi)溝道技術(shù)使梁加的還沒(méi)露出的區(qū)域露出，使得現(xiàn)在整個(gè)梁加被露出。在最后的步驟中然后借助激光層裂(參見(jiàn)圖1)通過(guò)破壞兩個(gè)空腔8a、8b 之間的連接元件25來(lái)制造空腔8b和留空7之間的縫隙11。圖fe-f以微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的橫截面或俯視圖示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施形式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的步驟。在圖fe中示出在襯底2中的借助APSM方法制成的空腔8。隨后在空腔8區(qū)域中在空腔8的外側(cè)上設(shè)置一致動(dòng)器(沒(méi)有示出)。在下一步驟中，根據(jù)圖恥在空腔8的區(qū)域中借助蝕刻22去除襯底2的一部分，從而制成一側(cè)與襯底2連接的梁加并且在梁加和襯底2之間設(shè)有一留空7。在根據(jù)圖5c的下一步驟中將氧化層9、尤其是例如沉積的TEOS氧化物施加到襯底2的或者梁加的表面上。在此，尤其是襯底2的和梁加的、在留空7區(qū)域中的相應(yīng)表面也設(shè)有氧化層9。在根據(jù)圖5d的另一步驟中例如借助噴鍍施加金屬覆層6。 在此，該金屬層6僅施加在根據(jù)圖5d可直接從上方接近的區(qū)域中，也就是說(shuō)金屬覆層不在留空7的內(nèi)部區(qū)域中實(shí)現(xiàn)，即對(duì)留空7限界的側(cè)面7a、7b、7c沒(méi)有設(shè)置金屬層6。金屬層6根據(jù)圖k用作用于接觸層或者金屬層10、10’的電鍍的起始層并且被結(jié)構(gòu)化，優(yōu)選借助等離子蝕刻方法結(jié)構(gòu)化。在根據(jù)圖5e的另一步驟中，在梁加和襯底2之間的過(guò)渡區(qū)域中，起始層6被去除或者結(jié)構(gòu)化去掉，例如借助噴漆工藝(Sprilhlackprozess)。在借助電鍍?cè)诮饘賹?上電鍍地沉積由鉻、鎳、金或者類似的物質(zhì)制成的接觸層 10之后，圖5f現(xiàn)在以橫截面示出這樣制成的微機(jī)械開(kāi)關(guān)。在此，該電鍍地沉積的接觸層10 僅在金屬層6的金屬化區(qū)域上生長(zhǎng)。在留空7的區(qū)域中，尤其在側(cè)面7a、7b、7c中，沒(méi)有接觸層10生長(zhǎng)或者沉積。那里沒(méi)有金屬層6沉積，因?yàn)槟抢锔鶕?jù)圖5d不能從上方接近。接觸面10因此被一分為二地分成兩個(gè)部分10a、10b。這兩個(gè)部分由此相互電絕緣。通過(guò)電鍍地沉積的接觸層10形成一重疊區(qū)域沈，兩個(gè)接觸面10a、IOb可通過(guò)重疊區(qū)域沈相互接觸， 以便能夠在梁加朝向襯底2運(yùn)動(dòng)時(shí)建立可靠的電連接，接觸層尤其具有在金屬層6上的所有方向上生長(zhǎng)的特性。附加地，同樣可以在梁加的區(qū)域中設(shè)置一具有壓電驅(qū)動(dòng)器的致動(dòng)器 20。該致動(dòng)器然后可直接使梁加以其接觸面IOb運(yùn)動(dòng)到襯底2的接觸面IOa上，從而這些接觸面10a、10b相互導(dǎo)電地貼靠。盡管以上根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于此，而是能以多種多樣的方式改型，尤其可設(shè)置具有致動(dòng)器的其他觸點(diǎn)以及一個(gè)或者多個(gè)集成電路，例如用于控制。
權(quán)利要求
1.微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件(1)、尤其是開(kāi)關(guān)，包括一具有至少一個(gè)留空(7)的襯底(2)和一致動(dòng)器(20)，其中，在所述留空(7)的區(qū)域中設(shè)有至少兩個(gè)導(dǎo)電的接觸面(10a，10b)，所述接觸面(10a，IOb)能借助所述致動(dòng)器00)相互接觸以便導(dǎo)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述接觸面(10a，IOb)基本上完全電流地分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中至少一項(xiàng)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述接觸面(10a，IOb)分別包括至少一個(gè)金屬層(10)，其中，所述金屬層(10)尤其是包括金、鉬、銀、鈀、鎢、銅和/或鉻或類似物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述致動(dòng)器00)包括至少兩個(gè)電極 (14a, 14b)，在所述電極之間尤其是設(shè)有一壓電層(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述留空(7)設(shè)置在與所述襯底(2)尤其是一體地連接的梁Ga)和所述襯底( 之間。
6.至少根據(jù)權(quán)利要求5的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述致動(dòng)器00)設(shè)置在所述留空 (7)的區(qū)域中并且尤其是設(shè)置在所述梁Oa)的區(qū)域中。
7.至少根據(jù)權(quán)利要求1的微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，其中，所述致動(dòng)器00)設(shè)置在所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件(1)的、尤其是所述梁Oa)的外側(cè)上。
8.用于制造微機(jī)械構(gòu)件(1)的方法，包括以下步驟在襯底O)中制造至少一個(gè)留空(7)，在制成的留空(7)的區(qū)域中施加致動(dòng)器00)，尤其是在所述留空(7)的區(qū)域中至少間接地在所述襯底(2)上施加和尤其是結(jié)構(gòu)化一金屬層(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述留空(7)的制造包括以下步驟制造至少一個(gè)空腔(8)，尤其是借助APSM，以及部分地打開(kāi)制成的空腔(8)以形成所述留空(7)。
10.至少根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，制造兩個(gè)空腔(8a，8b)并且尤其是通過(guò)激光層裂(4)制造在所述留空(7)和一個(gè)空腔(8b)之間的連接結(jié)構(gòu)(11)。
11.至少根據(jù)權(quán)利要求8的方法，包括以下步驟在所述襯底O)的表面上施加至少一個(gè)激光吸收層(17)，其中，尤其是所述吸收層(17)與所述留空(7)的區(qū)域間隔開(kāi)地設(shè)置。
12.激光層裂的用途，用于至少部分地、間接地破壞襯底O)的結(jié)構(gòu)，尤其是用于制造在襯底中的留空(7)和空腔(8)之間的縫隙(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件和用于制造微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件的方法。該微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件、尤其是開(kāi)關(guān)包括具有至少一個(gè)留空的襯底和致動(dòng)器，其中，在留空的區(qū)域中設(shè)有至少兩個(gè)導(dǎo)電的接觸面，這些接觸面能借助致動(dòng)器相互接觸以便導(dǎo)電。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102190280SQ201110062180
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者C·謝林, H·本澤爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司