[发明专利]用于制造机电设备的方法及对应设备

说明书

背景技术

本发明涉及机电系统的领域，这些机电系统由微米范围尺寸的元件(也称MEMS，即“微机电系统”的首字母缩略词)和/或纳米范围尺寸的元件(也称NEMS，即“纳米机电系统”的首字母缩略词)形成。更具体地讲，本发明涉及制造这种系统的方法。

现有技术

通常，为了在保证测量的良好灵敏度的同时减小机电系统的尺寸，有利的是将微机电元件和纳米机电元件组合在一起。此类机电系统目前被称为M&NEMS，即“微机电系统和纳米机电系统”。

此类M&NEMS包括力传感器，诸如加速计、陀螺测试仪或还有磁力仪。此类力传感器通常呈现包括移动质量块的设备的形式，该移动质量块由可变形元件诸如弹簧机械地保持。该移动质量块进一步机械地联接到用于测量质量块的位移的可变形结构，诸如测量梁。该测量梁可例如为应变仪，或也为谐振器。质量块-梁组件以悬空方式保持在凹陷部上方。

例如，就加速计而言，在传感器位移期间，惯性力施加到移动质量块并引起测量梁上的应变。通常，就谐振器式测量梁而言，质量块所施加的应变引起谐振器频率的变化，并且就变阻式测量梁而言，质量块所施加的应变引起电阻的变化。可从这些变化推导出加速度。

因此应当理解，有利的是将微米范围厚度的移动质量块和纳米范围厚度的测量梁组合在一起。具体地讲，移动元件的显著质量能够使惯性力最大化，从而引起测量梁的足够应变。此外，通过优选较小厚度的梁，使质量块施加到梁的应变最大化。因此这种布局还具有提高力传感器的灵敏度的优点。

文献EP 1 840 582公开了这样一种力传感器，即，移动质量块的厚度大于梁的厚度的传感器，并且还提供了基于SOI(“绝缘体上的硅”)技术制造这种传感器的方法。

根据该文献所述的第一制造方法，首先在SOI衬底的表面层中蚀刻应变仪，接着覆盖上保护层。然后在该表面层上执行硅外延，从而获得对于检验主体的形成而言所需厚度的层。然而，外延生长技术实施起来很复杂且昂贵，并且不能提供非常大的硅层厚度。由于该限制，很难获得检验主体的及因此其质量块的最佳尺寸，以使施加到计量器的应变最大化。

根据该文献所述的第二制造方法，首先在SOI衬底中蚀刻移动质量块。然后沉积纳米范围厚度的多晶硅层以便形成应变仪。然而，小厚度的多晶硅层仍然难以控制，并且它们的机械特性和电特性不如单晶硅层那样好。此外，这种薄层的沉积可经历应变，诸如能够影响计量性能的变形。因此，用此方法难以得到具有优化传感器灵敏度的机械特征和电特征的计量器。

另一种解决方案可包括使用两个不同SOI衬底单独形成移动质量块和计量器，然后将这两个衬底密封在一起。然而，在密封期间可发生不同元件(特别是在移动质量块、计量器和凹陷部之间)的失准，从而增大改变传感器的总体灵敏度的风险。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的尤其在于提供用于制造机电设备的解决方案，该解决方案摆脱了此前所提及的限制。

因此，本发明的目的在于制造机电设备的方法，该机电设备包括悬空在预定深度的凹陷部上方的预定厚度的至少一个微机械结构(或有源主体)。

根据本发明，该制造方法包括将第一衬底的第一表面密封到第二衬底。第一衬底仅由固体层形成，并且第二衬底由至少一个固体层和绝缘层形成。此外，执行该密封，使得第二衬底的绝缘层插置在第一衬底与第二衬底的固体层之间。

对这两个衬底密封之后在第一衬底中形成具有所述预定深度的凹陷部。该凹陷部的形成特别通过蚀刻第一衬底的第二表面来获得，该第二表面与第一衬底的第一表面相对。具体地讲，面向凹陷部的第一衬底的其余部分的厚度基本上等于所述预定厚度。换句话讲，凹陷部的最终深度和微机械结构的最终厚度由该蚀刻限定。

然后通过将第一衬底的第二表面密封到第三衬底来封闭凹陷部。第三衬底由固体层和绝缘层形成。具体地讲，该第三衬底的绝缘层被布置成与第一衬底的第二表面直接接触以封闭凹陷部，这可通过另一次密封来获得。

然后去除第二衬底的固体层和绝缘层。最后，经由第一衬底的第二表面的单次蚀刻，获得凹陷部的开启和微机械结构的形成。

微机械结构意指具有微米范围尺寸的厚度的结构。此外，凹陷部的预定深度也优选地具有微米范围尺寸。